本发明专利技术涉及一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法,属于生物化工技术领域。本发明专利技术的技术方案包括菌种活化、种子培养、厌氧发酵生产丁醇三步骤,且根据丙酮丁醇梭菌在不同的碳氮比时显示出的不同发酵特性,在同样的总糖(浓度下调整了发酵的补糖策略,当选择在发酵开始补糖10~20g/L,8~12h后再将余下的糖一次性补足,与在发酵开始补糖相比,丁醇产量提高了18.4%,总溶剂产量提高了19.3%,丁醇产率提高了39.5%,总溶剂产率可以达到0.424gABE/g糖,提高了35.9%。此方法提高了丁醇的产量和产率,操作简便,碳源得到了更有效地利用,可显著地提高丁醇的工业产量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及,属于生物化工
技术介绍
丁醇是重要的精细化工原料,也是新型的可再生能源,有着十分广泛的用途。在世界未来的能源结构中,可再生生物能源将占重要比重。近年来,科研人员在改良丁醇发酵菌种,改进丁醇发酵技术,提高丁醇产量和产率,降低丁醇成本等方面取得很大进展[郑海洲等.丁醇生物发酵的研究进展.河北化工.2008,31(12),36 37]。生物丁醇具有高能量、可混合性、低挥发性、污染少等优点,可以取代乙醇作为一种可再生的燃料添加剂 [Richard VN. Biobutanol enters battle of the alcohols[J]. Chemistry World, 2008, 5(2) :21 21]。工业上生产丁醇的方法有3种羰基合成法、醇醛缩合法和发酵法。其中羰基合成法和醇醛缩合法均属于化学合成法,二者都以石油为原料,投资大,技术设备要求高。而丁醇生物发酵一般是利用丙酮丁醇梭菌在严格厌氧条件下进行的,其主要产物是丁醇、丙酮和乙醇,含量约为6:3:1,简称AB或ABE发酵[陈駒声.发酵法丙酮和丁醇生产技术.北京化学工业出版社,1991]。然而实际发酵过程中丁醇转化碳源的产率要比乙醇低的多,因此限制了丁醇燃料的发展[何景昌,张正波,裘娟萍.生物丁醇合成途径中关键酶及其基因的研究进展. 食品与发酵工业.2009,35(2), 116 120]。制约丙酮、丁醇发酵产业发展的因素主要是溶剂产率、生产强度、生产成本,尤其是溶剂产率(单位质量的原料产生的总溶剂质量)低, 以玉米原料为例,总溶剂产率一般只有30%左右,这样低的溶剂产率使得发酵法在和化学法竞争时处于劣势。高浓度的底物对丙酮丁醇梭菌有较强的抑制作用,为防止底物对生物体的毒害作用,以一定的稀释比率流加高浓度的底物,可以减小底物的抑制作用。不同的碳氮比对丁醇发酵特定的发酵时期——产酸期和产醇期有着不同的影响,可以使溶剂的产量得到提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供,以提高丁醇和总溶剂的产量和产率,达到碳源的高效利用。为了解决上述问题,本专利技术的技术方案在于,包括菌种活化、种子培养、厌氧发酵三步骤,其特征在于在厌氧发酵步骤中,在原始不含碳源的发酵培养基中加入10 20 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合,接入种子液开始厌氧发酵,发酵进行8 12小时后再向发酵体系补加入40 50 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合,至完成厌氧发酵。其中,本专利技术所述的发酵菌种是丙酮丁醇梭菌(C/^irii/i acetobutylicum); 本专利技术所述的丙酮丁醇梭菌是 Clostridium acetobutylicum XY16 (CCTCC NO :M2010011),丙酮丁醇梭菌 C/osirii/i腫 acetobutylicum ASl. 134(CGMCC 1. 134),或者丙酮 Til Clostridium acetobutylicum ASl. 135 (CGMCC 1. 135)。本专利技术所述的菌种活化步骤是常规的丙酮丁醇梭菌所采用的菌种活化方法。在本专利技术中,菌种由冻存的甘油管中接入50 mL血清瓶的pH为6. 0 7. 0的含有淀粉的能提供碳源、氮源以及无机盐的液体培养基中,通入队或CO2,在恒温培养箱中培养,温度为30 40°C,活化培养12 M h,用于种子培养基接种和菌种保存。本专利技术所述的种子培养步骤是常规的丙酮丁醇梭菌所采用的种子培养方法。在本专利技术中,种子培养的培养基为PH 6. 0 7. 0的含有糖类的能提供碳源、氮源以及无机盐的液体培养基,培养时将500 mL血清瓶中加入种子培养基100 400 mL,通入队或0)2,115 121°C灭菌15 30 min,冷却后接入活化的种子液,培养温度为30 40°C,在恒温培养箱中培养,培养时间为8 16 h,用于发酵罐接种。本专利技术所述的厌氧发酵生产丁醇的步骤中,发酵培养的培养基为pH 6. 0 7. 0的含有糖类的能提供碳源、氮源及无机盐的常规液体培养基,5 L发酵罐中发酵培养基的体积为2 4 L ;且厌氧发酵的操作和发酵条件也是常规的利用丙酮丁醇梭菌厌氧发酵产丁醇的方法,在本专利技术中,接种量为体积比5% 10%,温度为35 40°C,发酵罐通入队或C02, 以保持发酵体系的厌氧环境,搅拌转速在100 200 rpm,发酵时间为48 72 h。本专利技术的有益效果在于本专利技术通过在微生物发酵的不同阶段控制补糖,达到葡萄糖的高效利用,提高了丁醇以及总溶剂的产率。本专利技术采在不同阶段控制补糖,对于控制发酵的产酸和产醇,提高分批和连续发酵的丁醇和总溶剂产量,高效利用碳源都有重要的理论意义和应用价值。该方法同样可以用于利用低劣生物质进行的丁醇发酵。具体实施例方式根据下述实施例,可以更好地理解本专利技术。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的仅用于说明本专利技术,而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。实施例1菌种丙酮丁醇梭菌 CZo1SiriiZi腫 acetobutylicum XY16 (CCTCC NO :M 2010011) 种子培养基酵母粉3g/L,蛋白胨5g/L,可溶性淀粉10g/L,乙酸铵2g/L,NaCl 2g/L, MgSO4 3g/L, KH2PO4 lg/L, K2HPO4 lg/L, FeSO4 · 7H20 0. lg/L, pH 6. 0 ;发酵培养基(P2):碳源(葡萄糖 60 g/L 分消),K2HPO4 0. 5g/L, KH2PO4 0. 5g/L, CH3COONH4 2. 2g/L, MgSO4 · 7H20 0. 2g/L, MnSO4 · H2O 0. Olg/L, NaCl 0. Olg/L, FeSO4 · 7H20 0.01g/L;玉米浆 lg/L。5L发酵罐培养时培养基装液量为3L。将冻存的甘油管中的菌种接入50 mL血清瓶中30 mL的种子培养基中,通入队,在恒温培养箱中培养,温度为37°C,活化培养。培养 12h后,用无菌的移液枪将活化的菌种按5%的比例接入含有300 mL种子培养基的500mL血清瓶中,扩大培养,1 后用于上述发酵培养基接种(5L发酵罐),接种量为10% (v/v),搅拌转速在120rpm,37°C发酵培养。接种后通入N2,通气量为0. 25 vvm,IOmin后停止通气,关闭通气口,保证发酵的厌氧环境。补糖方式1 发酵培养基的总碳源需求为分消的葡萄糖,其总浓度为60 g/L;在原始不含碳源的发酵培养基中先加入10 g/L的葡萄糖后开始接入种子液发酵,发酵进行12 h后将余下的50 g/L的葡萄糖补入发酵罐中,并与对照组的发酵结果对比,发酵至总溶剂产量不再变化。结果如表1。 表1补糖方式1与对照组的发酵结果对比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法,包括菌种活化、种子培养、厌氧发酵三步骤,其特征在于:在厌氧发酵步骤中,在原始不含碳源的发酵培养基中加入10~20 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合,接入种子液开始厌氧发酵,发酵进行8~12小时后再向发酵体系补加入40~50 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合,至完成厌氧发酵。
【技术特征摘要】
1.一种分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法,包括菌种活化、种子培养、厌氧发酵三步骤,其特征在于在厌氧发酵步骤中,在原始不含碳源的发酵培养基中加入10 20 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合,接入种子液开始厌氧发酵,发酵进行8 12小时后再向发酵体系补加入40 50 g/L的葡萄糖、木糖或者其组合,至完成厌氧发酵。2.根据权利要求1所述的分阶段补糖厌氧发酵生产丁醇的方法,其特征在于所述的厌氧发酵生产丁...
【专利技术属性】
技术研发人员:姜岷,孙佰军,郭亭,奚永兰,陈可泉,贺爱永,杜腾飞,欧阳平凯,
申请(专利权)人:南京工业大学,
类型:发明
国别省市:84
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