一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法技术

本发明专利技术提供了一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法。该方法在半乳糖基藻类生物质的厌氧发酵过程中，采用半乳糖培养体诱导活化含有半乳糖操纵子的菌体。实验证实，该方法能够有效激活半乳糖的代谢途径，大幅度提高半乳糖的发酵效率，高效生产生物燃料或化工中间体，例如乙醇、丁醇、异丁醇、丙醇、1,3-丙二醇、1,4-丙二醇等醇类有机物质以及烷烃类有机物质等，因此为高效利用半乳糖基藻类生物质开辟了新途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物能源
，具体涉及一种半乳糖基藻类生物质，即降解后单 糖类物质主要为半乳糖的藻类生物质的发酵方法。
技术介绍
化石燃料的大量消耗所引起的能源安全和环境气候变化问题日益严重，因此，利 用生物等可再生资源生产的生物燃料(例如燃料乙醇、丁醇、异丁醇等）替代化石燃料成为 了近几十年来的研发热点。例如，目前燃料乙醇已经成功替代了部分石油；但是，燃料乙醇 的来源主要为玉米和甘蔗，所以随着对燃料乙醇需求的日益增加，有可能带来粮食安全和 生态破坏等问题。因此，非粮乙醇逐渐被国内外所关注，而其原料主要包括纤维素类物质和 海藻类生物质。 海藻光合作用效率高、产量大，具有不与人争粮和不与粮争地的优势，是目前生物 燃料或化工中间体的重点研究方向之一。其中，大型海藻的规模化养殖技术已经相对成熟， 在亚洲国家，单位面积的红藻和褐藻产量最高可达70?80吨/公顷/年，是陆地植物产量 的2?4倍，且其用于发酵生产乙醇等燃料或化工中间体的碳水化合物含量丰富，约占其总 生物质量的50?70%，因此具有良好的发展前景。 其中，红藻产量约占总海藻产量的一半，但其糖类物质组成与陆地植物不同，其降 解后的单糖主要为半乳糖，即称为半乳糖基藻类生物。目前，关于藻类生物质发酵方法的研 究，大部分都是针对以葡萄糖、果糖等为主要多糖的藻类(称为葡萄糖基藻类)，而并不是针 对如红藻等以半乳糖为主要多糖的藻类。因此，利用现有的方法发酵红藻生物质时，往往出 现半乳糖不发酵或发酵效率偏低的问题，很大程度上限制了大型红藻生物质的发酵产率。 【
技术实现思路
】 本专利技术的技术目的是针对上述技术现状，提供一种半乳糖基藻类生物质的发酵方 法，利用该方法能够提高半乳糖的发酵效率，从而提高生物燃料或化工中间体等发酵产物 的产量。 为了实现上述技术目的，本专利技术人经过长期实验探索后发现，半乳糖、葡萄糖和果 糖在厌氧发酵中的代谢途径不同，半乳糖的代谢途径需要培养体诱导活化菌体才能启动， 而现有的菌体诱导活化过程中所采用的培养体不利于甚至抑制含有半乳糖操纵子的菌体 活化，从而大大降低了半乳糖的发酵率。而本专利技术人在菌体的诱导活化过程中，创造性地 采用半乳糖培养体代替目前采用的培养体诱导活化菌体后发现，半乳糖的发酵率大幅度提 高，从而大大提高了发酵产物的产量。 本专利技术的具体技术方案是：，该方法包括如 下过程：将所述的藻类生物质降解，得到降解产物；采用培养体诱导活化菌体；将诱导活化 后的菌体接入该降解产物进行厌氧发酵；其特征是：所述的菌体是含有半乳糖操纵子的酵 母或含有半乳糖操纵子的大肠杆菌；所述的菌体诱导活化过程中，培养体为半乳糖培养液 或者固体半乳糖培养基。 所述的半乳糖基藻类生物质是指降解后单糖类物质主要为半乳糖的藻类生物 质，包括但不限于红藻等，例如石花菜属（Gelidium)、蜈蚁藻属（Grateloupia)、麒麟菜属 (Eucheuma)和江蓠属（Gracilaria)的大型海藻等。 所述的降解是指将该半乳糖基藻类生物质中的多糖组分充分降解为可利用的单 糖，该单糖主要包括半乳糖。该降解技术不限，包括物理降解、化学降解、生物降解等，例如 酸水解、酶降解、酸酶降解、微生物降解等。 所述的降解产物形态不限，包括固体、半固体和液体等形态。 所述菌体是含有半乳糖操纵子的酵母或含有半乳糖操纵子的大肠杆菌。其中，酵 母来源形式不限，可以是所有可通过分离得到的酵母，如腐败物质、土样或水样；可以是菌 体库中保藏的酵母菌种；可以是商业酵母；也可以是经基因工程改造的酵母以及酵母突变 株等。 作为优选，所述的菌体诱导活化过程中，菌体与培养体的质量体积比为0. 1%克/ 晕升?2%克/晕升，进一步优选为0. 5%克/晕升。 所述的菌体诱导活化过程可以是静置诱导培养活化，也可以振荡诱导培养活化。 作为优选，所述的半乳糖培养体中，半乳糖质量百分比浓度为0. 5%?5% (w/v)。 作为优选，所述的菌体诱导活化过程为：将菌体加入半乳糖培养液或固体半乳糖 培养基中，在25°c?40°C的温度下振荡诱导活化2小时?24小时，振荡速度为0?300转 每分钟。 所述的厌氧发酵包括间歇式厌氧发酵、连续厌氧发酵或半连续厌氧发酵等。 所述的厌氧发酵过程中，作为优选，诱导活化后的菌体与降解醪液的体积比为 1:1 ?1:10。 作为优选，所述的厌氧发酵是在25°C?35°C条件下进行。 作为优选，所述的厌氧发酵过程进行12小时?168小时。 作为优选，所述的厌氧发酵过程中伴随搅拌，搅拌速度为10转/分钟?300转/ 分钟。 所述的厌氧发酵产物为生物燃料或化工中间体等，例如乙醇、丁醇、异丁醇、丙醇、 1，3-丙二醇、1，4-丙二醇等醇类有机物质和烷烃类有机物质等。 综上所述，本专利技术在半乳糖基藻类生物质的厌氧发酵过程中，采用半乳糖培养体 诱导活化含有半乳糖操纵子的菌体，从而有效激活了半乳糖的代谢途径，大幅度提高了半 乳糖的发酵率，从而大大提高了发酵产物，为高效利用半乳糖基藻类生物质得到生物燃料 或化工中间体，例如乙醇、丁醇、异丁醇、丙醇、1，3-丙二醇、1，4-丙二醇等醇类有机物质， 以及烷烃类有机物质等开辟了新途径。 【附图说明】 图1是实施例1与对比实施例1中石花菜酸水解产物在厌氧发酵过程中半乳糖浓 度随时间的变化曲线； 图2是实施例1与对比实施例1中石花菜酸水解产物经厌氧发酵所得产物中乙醇 浓度随时间的变化曲线； 图3是实施例2与对比实施例2中蜈蚣藻酸解产物在厌氧发酵过程中半乳糖含量 随时间的变化图； 图4是实施例2与对比实施例2中蜈蚣藻酸解产物经厌氧发酵所得产物中乙醇浓 度随时间的变化曲线； 图5是实施例3与对比实施例3中麒麟菜酶解产物经厌氧发酵所得产物中乙醇浓 度随时间的变化曲线； 【具体实施方式】 下面结合附图与实施例进一步阐明本专利技术。应理解的是，这些实施例仅用于说明 本专利技术，而不用于限制本专利技术的范围。 实施例1: 本实施例中，半乳糖基藻类生物质为石花菜（Gelidiales)。厌氧发酵该半乳糖基 藻类生物质的液态酸水解产物得到乙醇。 其中，厌氧发酵菌体为安琪酵母，培养体为质量体积比为2% (w/v)的半乳糖培养 液。以下为具体厌氧发酵过程： (1)将石花菜干藻体粉碎为藻粉；配置体积浓度为2%的硫酸水溶液1升，加入200 克藻粉并充分搅拌，拌匀后置于125°C高温环境降解2小时，然后补足蒸发掉的水分质量； 将所得的产物抽滤后加入氢氧化钙将pH调至4. 5,抽滤去除由此产生的钙盐沉淀，然后进 行萃取，除去有机相后得到降解液。 经测试，该降解液中各成分参数如下表1所示。 表1 :降解液中糖源含量 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法，该方法包括如下过程：将所述的藻类生物质降解，得到降解产物的过程；采用培养体诱导活化菌体；将诱导活化后的菌体接入该降解产物进行厌氧发酵的过程；其特征是：所述的菌体是含有半乳糖操纵子的酵母或含有半乳糖操纵子的大肠杆菌；所述的菌体诱导活化过程中，培养体为半乳糖培养液或者固体半乳糖培养基。

【技术特征摘要】
1. 一种半乳糖基藻类生物质的发酵方法，该方法包括如下过程：将所述的藻类生物质 降解，得到降解产物的过程；采用培养体诱导活化菌体；将诱导活化后的菌体接入该降解 产物进行厌氧发酵的过程；其特征是：所述的菌体是含有半乳糖操纵子的酵母或含有半乳 糖操纵子的大肠杆菌；所述的菌体诱导活化过程中，培养体为半乳糖培养液或者固体半乳 糖培养基。2. 如权利要求1所述的半乳糖基藻类生物质的发酵方法，其特征是：所述的半乳糖基 藻类生物质包括红藻类生物质。3. 如权利要求1所述的半乳糖基藻类生物质的发酵方法，其特征是：所述的红藻类生 物质包括石花菜属（Gelidium)、蜈蚁藻属（Grateloupia)、麒麟菜属（Eucheuma)和江蓠属 (Gracilaria)大型海藻。4. 如权利要求1所述的半乳糖基藻类生物质的发酵方法，其特征是：所述的降解产物 的形态包括固体、半固体和液体。5. 如权利要求1所述的半乳糖基藻类生物质的发酵方法，其特征是：所述的菌体诱导 活化过程中，菌体与培养体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨池，张亚杰，宋庆欢，马中森，吕学兰，杨春虹，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33