一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)綜合利用的方法，具體設(shè)及一種木質(zhì)纖維素生 物質(zhì)聯(lián)產(chǎn)己醇、丙酬和了醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自工業(yè)革命時(shí)代W來，經(jīng)濟(jì)在W石油煤炭為代表的化石能源被急劇消耗的基礎(chǔ)上 高速發(fā)展。中國石油儲(chǔ)備量僅占世界的2%，而年消費(fèi)量卻高居世界第二位。世界上石油的 可開采量越來越少，而中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致石油的消耗在日益增長。2011年中國原油凈進(jìn) 口量首次突破2億噸，對(duì)外依存度超過55 %，2012年中國原油進(jìn)口對(duì)外依存度升至58 %。 專家預(yù)計(jì)全球現(xiàn)有石油儲(chǔ)備量僅可維持100年左右的消耗，而中國如果按現(xiàn)有消耗量，不 到50年國內(nèi)原油資源將消耗殆盡，因此對(duì)進(jìn)口原油的過度依賴已經(jīng)威脅到中國的資源供 應(yīng)和戰(zhàn)略安全。根據(jù)FAO數(shù)據(jù)顯示，到2030年世界人口將增至65億，能源需求上升60%。 因此，由化石燃料燃燒導(dǎo)致的環(huán)境污染問題已經(jīng)擺上各國議程?；炔豢稍偕Y源的消 耗必然導(dǎo)致能源危機(jī)，直接制約著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展。開發(fā)和利用可再生能源是人類立早自 身解決能源問題的重要舉措之一，其中燃料己醇是世界上生產(chǎn)和使用規(guī)模最大的生物質(zhì)液 體燃料。
[0003] 了醇是一種極具潛力的新型生物燃料，具有親水性弱，腐蝕性小，便于管道輸送， 能與汽油任意比混合，含氧量與甲基叔了基離（MTB巧相近等優(yōu)點(diǎn)。了醇作為燃料，其熱值 和汽油相當(dāng)，能量高于己醇近50%。此外，了醇還是重要的有機(jī)化工原料，可用作油漆和表 面涂料的溶劑和各種塑料、橡膠制品的生產(chǎn)。隨著石油資源的匿乏，了醇顯示出在能源方面 的實(shí)用價(jià)值。
[0004] 丙酬是優(yōu)良的有機(jī)溶劑和重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于化工、塑料、有機(jī)合成、油 漆等工業(yè)。丙酬最大的消費(fèi)領(lǐng)域?yàn)槿軇计湎M(fèi)總量28%，其次是甲基丙締酸甲醋MMA和 雙酪A，分別占其消費(fèi)總量的23%和21 %，其他還用于生產(chǎn)丙酬氯醇和異丙醇等。由于目前 丙酬、了醇生物發(fā)酵法成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)法，所W國內(nèi)外丙酬的生產(chǎn)方式仍采用丙締直接 氧化、異丙醇法、異苯丙法等化學(xué)方法。然而由于石油化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致各國的丙 酬、了醇發(fā)酵工業(yè)一路衰敗。
[0005] 隨著石油資源的短缺，石油價(jià)格的不斷上揚(yáng)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展需要進(jìn)行資源，能 源，環(huán)境等一場革命。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的雙重驅(qū)動(dòng)下，世界各國開始重新關(guān)注微生物 發(fā)酵法生產(chǎn)丙酬、了醇的研究。如reshi等人通過丙酬、了醇梭菌發(fā)酵玉米纖維生產(chǎn)了醇，隨 后又研究了拜氏梭菌發(fā)酵小麥枯桿生產(chǎn)丙酬、了醇。在我國，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究 院植物生理生態(tài)所科研人員利用一株高了醇比例的丙酬了醇梭菌，通過遺傳操作改造該菌 株代謝途徑，將該菌丙酬合成途徑關(guān)鍵酶基因敲除，阻斷丙酬的產(chǎn)生大大提高了了醇比例。 劉自勇等人研究了小麥款皮酸水解后的混合糖發(fā)酵生產(chǎn)丙酬、了醇，了醇含量達(dá)8. 8g/L。山 東大學(xué)方翊教授研究組采用濕盤法對(duì)玉米巧預(yù)處理，研究了W玉米巧為原料同步糖化法和 分步糖化法對(duì)了醇含量的影響，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物了醇對(duì)細(xì)胞的毒性限制了總?cè)軇┙K濃度，導(dǎo)致后 續(xù)成本較高，難w和化學(xué)合成法相競爭，所w菌種改良的目標(biāo)就是選育高了醇耐受性、高了 醇比例的高產(chǎn)菌。斬孝慶等也提出使用低價(jià)原料、提高了醇菌株耐受性和提高了醇比例是 提高生物法生產(chǎn)了醇競爭力的唯一出路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)聯(lián)產(chǎn)己醇、丙 酬和了醇的方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[000引一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)聯(lián)產(chǎn)己醇、丙酬和了醇的方法，包括W下步驟：
[0009] (1)將木質(zhì)纖維素材料粉碎，W液固質(zhì)量比2~5 ;1置于質(zhì)量濃度為0. 5%~15% (w/w)的氨水溶液中浸泡得混合物；
[0010] (2)將步驟（1)所得的混合物進(jìn)行固液分離，液體用于下一批木質(zhì)纖維素材料浸 泡，將含水固體（固含量30%~60%w/w)進(jìn)行爆破處理得到爆破渣，爆破壓力為1.8~ 2. 5MPa，保壓60~350s后在2~10s內(nèi)完全卸壓；
[0011] 做將步驟似中的爆破渣W液固質(zhì)量比為4~8:1置于水中，調(diào)節(jié)抑為4~ 6、放入酶解反應(yīng)器中，設(shè)置溫度為45~60°C，混勻，添加纖維素酶酶液和木聚糖酶酶液，纖 維素酶酶液添加量為：按爆破渣干物質(zhì)中每克纖維素質(zhì)量添加纖維素酶酶液5~10FPU，木 聚糖酶酶液添加量為：按爆破渣干物質(zhì)中每克纖維素質(zhì)量添加木聚糖酶酶液5~40U，糖化 2~2化后，降溫至40°C，將糖化后的渣液一起累入發(fā)酵罐，接種活化后的釀酒酵母菌液，進(jìn) 行同步糖化發(fā)酵12~72h;
[001引 （4)然后向步驟做中發(fā)酵罐按發(fā)酵液的體積接入2~10% (v/v)的活化后的拜 氏梭菌液，進(jìn)行發(fā)酵得發(fā)酵液；
[0013] (5)將步驟（4)中的發(fā)酵液經(jīng)減壓蒸饋得到粗己醇、丙酬、了醇，進(jìn)一步精饋和脫 水得到無水己醇、丙酬、了醇。
[0014] 步驟（1)中，所述的木質(zhì)纖維素材料指一年生的草本植物或農(nóng)業(yè)廢棄物（枯桿、玉 米巧等），其含水量為3%~40% (w/w)。
[0015] 步驟（1)中，將木質(zhì)纖維素材料粉碎至2~10cm。
[0016]步驟（1)中，所述的氨水溶液質(zhì)量濃度為5%~10% (w/w)，浸泡時(shí)間為lOmin~ 2化。
[0017] 步驟（2)中，所述含水固體置于爆破機(jī)中，保壓后瞬間（2~10s)降壓噴出爆破 渣。
[001引步驟（3)中，纖維素酶酶液來源于青霉酶系，優(yōu)選草酸青霉菌株（本發(fā)明中草酸 青霉保藏在中國普通微生物保藏管理中屯、，保藏編號(hào)CGMCCNO. 5302,記載在中國專利《一 種提高纖維素酶和半纖維素酶酶活性的草酸青霉菌株》中，申請?zhí)枺?01410160118. 0)，其具 體培養(yǎng)方法如下，①菌種活化：草酸青霉在PDA平板上于30°C條件下，生長7天，然后挑取 單菌落劃線于含有PDA瓊脂（馬鈴馨粉；5.Og/l，葡萄糖；20.Og/l，瓊脂；15.Og/l，氯霉素： 0.Ig/L)的茄形瓶中，28°C培養(yǎng)7天，然后用無菌水洗出，接入液體活化培養(yǎng)基中培養(yǎng)36h， 即得活化后的草酸青霉，草酸青霉的數(shù)量為IX106-101古即/ml,菌絲短、粗壯呈現(xiàn)菊花狀。
[0019] 所述PDA平板的配方是；馬鈴馨300克、葡萄糖20克、瓊脂15~20克、自來水1000 毫升、自然pH。所述液體活化培養(yǎng)基的配方是；葡萄糖lOg/l，蛋白腺lOg/l，玉米巧lOg/l， 款皮lOg/L碳酸巧5g/L。
[0020] ②發(fā)酵：將活化好的草酸青霉菌種按照5~10% (v/v)的接種量轉(zhuǎn)接于液體發(fā)酵 培養(yǎng)基中，調(diào)節(jié)抑為5. 0~5. 5,12rC滅菌30min，發(fā)酵72~12化獲得纖維素酶酶液。
[0021] 所述液體發(fā)酵培養(yǎng)基的配方是；步驟（2)中爆破渣2~30g/l，款皮20~40g/l， 尿素1~lOg/L豆餅粉3~lOg/l，硫酸錠1~3g/l，硫酸儀0. 5g/L和磯酸二氨鐘1~3g/ L，抑為5. 0~5. 5。
[0022] 步驟（3)中，木聚糖酶酶液來源于鏈霉菌酶系，優(yōu)選為鏈霉菌為中國工業(yè)微生物 菌種保藏管理中屯、CICC的菌種編號(hào)為11020的菌種。
[0023] 具體培養(yǎng)方法如下：
[0024] ①菌種活化；鏈霉菌木聚糖酶菌種活化在PDA平板（配方為；馬鈴馨300克、葡萄 糖20克、瓊脂15~20克、自來水1000毫升、自然pH)上32°C生長7天，然后挑取單菌落劃 線于含有將在玉米巧水不溶性木聚糖平板上生長5天（32°C)的菌落接到液體種子培養(yǎng)基 中，在32°C培養(yǎng)48小時(shí)，觀察生長狀態(tài)，挑取生長良好的備用，液體培養(yǎng)基中鏈霉菌的數(shù)量 為lXl〇6-lX10