[发明专利]拜氏梭菌及其以木糖渣为原料发酵制备生物丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，具体涉及高产丁醇的拜氏梭菌Clostridium beijerinckii Y-3及一种利用工业废弃物木糖渣经氢氧化钙脱毒预处理、厌氧酶解及梭菌发酵生产生物丁醇的方法。 

背景技术

丁醇作为重要的有机化工原料，在医药工业、塑料工业、有机工业、印染等方面具有广泛用途。除可用作溶剂外，丁醇还是一种极具潜力的大宗动力燃料，其燃烧值和汽油相当，是汽车用油的替代品。丁醇的生产工艺主要有化学合成法和微生物发酵法两种。 

随着石油资源的日益枯竭，采用以石油为原料丙烯羰基合成法生产丁醇已举步维艰，而且由于技术落后，装置偏小导致产能不够，致使中国丁醇市场长期供应不足，不能满足国内市场的需求。 

生物发酵法制备丁醇有其独到的优势，发展生物丁醇将极大地缓解丁醇供应不足的现状。目前，困扰生物丁醇产业发展的主要障碍有：第一，发酵原料费用高，发酵用基质在丁醇发酵生产成本的70％左右；第二，由于发酵原料及产物的毒性，导致产物浓度低；第三，产物回收费用高，由于发酵产物浓度低，回收丁醇消耗大量能源。 

其中菌株和原料问题一直是困扰丁醇发酵的瓶颈。近年来，国内外对纤维原料发酵产丁醇的研究很多，主要围绕菌种诱变选育，寻找合适的纤维原料及其糖液制备、发酵工艺条件优化和溶剂提取等方面进行。Mermelstein等(Biotechnol.Bioeng.1993，42：176-183)利用基因工程技术构建了重组菌株，丁醇产量比出发菌株提高了37％。可见，进行菌株改良是提高丁醇产量，增强发酵竞争力的关键手段之一。 

另外由于我国人口众多，用传统的原料(玉米和甘蔗)发酵生产丁醇势必会造成与人争粮的问题，造成粮食短缺，因此开展以可再生的生物质 材料为原料生物转化生产生物丁醇是符合国情的研究方向。木糖渣是玉米棒芯经酸水解制取木糖、木糖醇后剩下的酸性固体纤维残渣，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。木糖渣中的半纤维素比例降低，纤维素比例较高，使木糖渣成为一种很有潜力的纤维素原料。而作为纤维残渣的木糖渣目前却被工厂视为废弃物，其存放不仅占用了大量的耕地，并对周边环境造成了严重污染。因此合理地开发和利用废弃木糖渣，不仅能控制污染，保护农田生态环境，还可取得显著的经济效益。相比于其他原料如谷物、薯类、糖蜜及秸秆等而言，木糖渣作为丁醇生产的原料，具有来源稳定，收集和储存成本低等优点。因此将其应用于液体生物丁醇的开发有具备较好的经济价值。 

发明内容

本发明的目的在于提供一株高产拜氏梭菌菌株，使其厌氧发酵丁醇产量提高，以解决生物发酵生产丁醇菌种能力问题。 

本发明的又一目的在于提供一种利用该高产拜氏梭菌菌株以工业废弃物木糖渣为原料制备生物丁醇的方法，以解决木糖渣制备生物丁醇过程中抑制物不利于纤维素酶酶解和该菌株厌氧发酵的难题。 

为实现上述目的，本发明提供的一株高产拜氏梭菌，其分类命名为拜氏梭菌Clostridium beijerinckii Y-3，其保藏登记号为：CGMCC 5805，保藏单位：中国普通微生物菌种保藏管理中心。 

本发明提供的利用高产拜氏梭菌Y-3以木糖渣为原料发酵制备生物丁醇的方法，包括如下步骤： 

1)利用氢氧化钙脱毒工艺对木糖渣的固液混合物进行预处理； 

2)步骤1)预处理得到的木糖渣残渣中加入纤维素酶进行酶解，得到含多组份糖的酶解液； 

3)在酶解液中加入氮源，调节pH至6-8，制成木糖渣水解液发酵培养基； 

4)将拜氏梭菌Y-3接种至步骤3)制成的木糖渣水解液发酵培养基中，厌氧条件下发酵制备生物丁醇。 

所述的方法，其中，步骤1)的木糖渣为玉米芯酸水解后的残渣。 

所述的方法，其中，步骤1)的氢氧化钙脱毒工艺中氢氧化钙为0.4-0.6M的氢氧化钙溶液，木糖渣的固液混合物中的料液比为8-12％w/v，用氢氧化钙溶液调节木糖渣的固液混合物的pH至10-11，之后加入亚硫酸钠。 

所述的方法，其中，步骤2)加入纤维素酶之前，先将经氢氧化钙脱毒工艺处理的木糖渣残渣和pH为4-5，浓度为0.1-0.2M的醋酸钠-醋酸缓冲液按固液比8-10％w/v混合，经过脱氧处理后高压灭菌。 

所述的方法，其中，步骤2)所述纤维素酶为纤维素酶复合物和β-葡萄糖苷酶；酶解的pH值为4-5。