[发明专利]利用秸秆生产2,3-丁二醇菌种筛选及发酵方法

说明书

技术领域

本发明属于优良菌种分离筛选及秸秆高值化利用领域，特别涉及产2，3-丁二醇同时能产纤维素酶菌种的筛选方法和以秸秆为原料直接发酵生产2，3-丁二醇的方法。 

背景技术

2，3-丁二醇是一种无色无味的手性化合物，有三种立体异构体：右旋(dextro-)、左旋(levo-)和中间(meso-)异构体形式。2.3-丁二醇分子量90.12kDa，沸点较高(180-184℃)，凝固点较低(-60℃)。作为一种极具价值的液体燃料，其燃烧值为27，198J g^-1，可与甲醇(22，081J g^-1)和乙醇(29，005J g^-1)相媲美。它通过脱水、脱氢及水合反应等可生成甲乙酮、丁二酮、丁烯和丁二烯等。 

作为化工中间体，2，3-丁二醇可以用来制备重要的工业有机溶剂甲乙酮；经脱水后可转化为具有高燃烧值的丁二酮，后者在在燃料添加剂方面具有广泛用途；它也可生成在合成橡胶上广泛应用的2-丁烯和1，3-丁二烯等橡胶单体；酯化形式的2，3-丁二醇是合成聚亚胺的前体，可应用于药物、化妆品、洗液等；通过催化脱氢得到的二乙酰化形式的2，3-丁二醇可以用做具有高价值香料的食品添加剂；2，3-丁二醇自身可以作为单体用来合成高分子化合物；左旋形式的2，3-丁二醇由于其较低的凝固点可用做抗冻剂；另外通过缩合、聚合等反应，它也可生成别的化合物，如：苯乙烯，辛烷和2，3-丁二醇二乙酸酯等等。作为添加剂，它可广泛应用于油墨、化妆品、洗液、防冻剂、熏蒸剂、软化剂、增塑剂、炸药和药物的手性载体等等。在材料和纺织生产加工行业分别用来生产聚丁烯对苯二酸酯树脂、γ-丁内酯和斯潘德克斯弹性纤维等等。由于它如此广泛的用途，国际市场上的需求在不断高涨。特别是环境上的考虑，它作为液体燃料添加剂更加引起了世界范围内的重视。 

目前化学法生产2，3-丁二醇主要是以石油裂解时产生的四碳类碳氢化合物在高温、高压下水解得到的。同生物法相比，化学法不仅成本高，而且过程烦琐，不易操作，所以一直很难实现大规模工业化生产，其用途也没有得到充分的开发。用生物法来制备2，3-丁二醇既符合绿色化工的要求，又可以克服化学法生产的困难，同时可以实现人类社会生产由传统的以不可再生化石资源为原料的石油炼制向以可再生生物质资源为原料的生物炼制转型，用微生物发酵法生产2，3-丁二醇，并对其衍生物进行开发应用逐渐引起了人们的关注。 

许多种碳水化合物都能用于微生物(尤其细菌)发酵2，3-丁二醇，其中最常用的底物是葡萄糖和D-木糖、L-木糖、D-核糖、D-阿拉伯糖等多种五碳糖。葡萄糖、木糖、乳糖和果糖等作底物发酵2，3-丁二醇的研究已经发展到了接近乙醇研究的水平，可以满足工业化需要。然而，当这些糖类作底物时，价格都很昂贵，是造成2，3-丁二醇生产成本过高的重要因素之一。因此，寻找成本低廉的碳水化合物作为发酵基质是降低2，3-丁二醇生产成本的重要因素之一。 

中国每年可产生7亿吨秸秆，它主要含有纤维素、半纤维素和木质素三种组分，被认为是最廉价且可行的能够用微生物转化成工业产品的原料。用廉价而丰富的秸秆为主要原料生产2，3-丁二醇，可能降低生产成本同时扩大生产规模满足2，3-丁二醇的市场需求。然而利用木质纤维素发酵化学品产业化的障碍之一是纤维素酶的成本过高，一般占总生产成本的50％左右，为了克服纤维素酶成本高的难题，本发明筛选能分泌纤维素酶同时能产生2，3-丁二醇的菌株，利用该菌株以秸秆为原料，在不添加纤维素酶的条件下发酵2，3-丁二醇，为2，3-丁二醇的廉价生产提供有效的途径。 

发明内容

【本发明的目的】本发明的目的是筛选能产2，3-丁二醇同时能产纤维素酶的菌株，利用筛选到的菌株以廉价的秸秆为原料发酵生产2，3-丁二醇，发酵过程不需要添加纤维素酶，大幅度降低发酵成本，为2，3-丁二醇的生产提供有效的途径。 

【本发明的技术方案】本发明首先提供从活性污泥中筛选产2，3-丁二醇同时能分泌纤维素酶菌株的方法，经过筛选得到产2，3-丁二醇同时能分泌纤维素酶菌株的菌株YB-4，2010年7月14日保藏在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心，保藏号为：CGMCC No.4005，鉴定为芽孢杆菌Bacillus sp.。同时提供了利用该菌株发酵秸秆生产2，3-丁二醇的方法：该菌株在以汽爆秸杆为碳源，酵母膏为氮源的发酵培养基中30-37℃培养4-7d后，2，3-丁二醇的产量为秸秆干重的8％-12％(2，3-丁二醇/秸秆干重，W/W)。