[发明专利]一种发酵偶联气提的生产和分离纯化丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发酵偶联气提的生产和分离纯化丁醇的方法，属于生物技术领域。

背景技术

由于石油资源的短缺及其价格的不断高涨，通过微生物发酵法获得液体生物质能源不断被人们所关注。和乙醇相比，丁醇具有能量密度高、饱和蒸汽压低、和与现有的汽车发动机和石油管道运输匹配性好等优点，被认为是更有前景的生物质能源（非专利文献1）。但是，用生物法生产丁醇时，由于丁醇对细胞生长有强抑制作用，发酵液中终点的丁醇浓度通常不超过1.5%（w/v），导致其分离成本极高，很难实现工业化生产。近30年来，利用代谢工程或诱变筛选的方法，通过对菌种的改造提高其丁醇耐受性及提高丁醇产量方面取得了一定的进展，但是发酵终点的丁醇浓度很难突破2%(w/v)。

由于丁醇的沸点高于水且在发酵液中的浓度通常小于2%(w/v)，利用传统的精馏分离技术对其分离所消耗的能量大于丁醇自身的能量（36kJ/g），因此经济上是不可行的（非专利文献2）。在线发酵偶联分离技术如液-液萃取、气提、吸附和渗透汽化等，可以通过在发酵过程中不断移除并回收对细胞产生抑制的产物丁醇，就可提高发酵效率，是提高生物法生产丁醇的一个经济可行的有效途径。其中，气提法和其他在线分离回收技术相比，具有操作简单、对细胞无毒害、节省能量消耗、设备投资和维护低等优点（非专利文献3）。然而传统的气提分离技术均使用一步法分离纯化，而且有些需要额外通入氮气等气体，增加了投入成本，即使使用自产气进行气提，由于未优化气提操作条件和选取合适的发酵分离策略，也存在效率低和能耗大等缺点。例如，目前关于丁醇气提的文献中，气提得到的丁醇浓度都低于其在水中溶解的浓度7.7%（w/w），在气提冷凝液中仍然有大量的水存在，不但致使气提过程中大部分能量消耗在冷凝液中的水上，并且导致后续分离成本很高（非专利文献4-5）。到目前为止，未见使用两步气提法对丁醇进行分离纯化的报道。

现有技术

非专利文献1：Qureshi N,Saha BC,Hector RE,Hughes SR,Cotta MA.Butanol production from wheat straw by simultaneous saccharification and fermentation using Clostridium beijerinckii:Part I—batch fermentation.Biomass Bioenerg,32:168-175,2008.

非专利文献2：Zheng YN,Li LZ,Xian M,Ma YJ,Yang JM,Xu X,He DZ.Problems  with the  microbial production  of  butanol.Journal  of  Industrial Microbiology and Biotechnology,36:1127-1138,2009.

非专利文献3：Qureshi N,Maddox IS,Friedl A.Application of continuous substrate feeding to the ABE fermentation:relief of product inhibition using extraction,perstraction,stripping,and pervaporation.Biotechnol Prog,8:382-90,1992.

非专利文献4：Ezeji TC,Qureshi N,Blaschek HP.Production of acetone,butanol and ethanol by Clostridium beijerinckii BA101and in situ recovery by gas stripping.World J Microbiol Biotechnol.19:595-603,2003.

非专利文献5：Ennis B,Marshall CT,Maddox IS,Paterson AHJ.Continuous product  recovery  by  in-situ  gas  stripping/condensation during  solvent production from whey permeate using Clostridium acetobutylicum.BiotechnolLett.8:725-30,1986.

发明内容