[发明专利]以甘蔗渣和糖蜜为原料混合发酵生产丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及丙酮、丁醇的生产方法，具体的说，是以廉价的甘蔗渣和糖蜜为原料，通过拜氏梭菌gxas.28将戊糖和己糖转化成丙酮和丁醇的过程，属于生物工程技术领域。

背景技术

丁醇是一种重要的C4平台化合物，主要用于邻苯二甲酸正丁酯、磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等的合成；还可用作油脂、医药和香料的提取溶剂以及醇酸树脂的添加剂等领域。随着生物质制能源的多元化发展，由于丁醇具有能量密度高，亲水性低，蒸汽压低，辛烷值高等特点，被认为是最有发展潜力的新型液体燃料之一。

丁醇发酵曾是全球仅次于乙醇发酵的第二大宗发酵产品。我国已经建立了多个万吨丁醇生产的企业，主要是以玉米、薯类为原料，利用丙酮丁醇梭菌发酵生产丁醇。由于生物丁醇的原料成本约占总成本的75 %，成本过高约束了生物丁醇作为燃料的推广使用。从2006年起我国已经开始限制利用粮食来生产生物能源，鼓励发展非粮的生物质能源。利用糖蜜、木薯、农业废弃物和纤维素等原料生产丁醇是一种趋势，但由于原料前处理技术不成熟、发酵菌株产总溶剂较低，丁醇比不高等问题成为生物丁醇大量生产的瓶颈。随着基因组学和蛋白质组学的快速发展，丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicumATCC824）菌株的全基因组测序已于2001年完成（N?lling J, Breton G, Omelchenko M V, et al. Genomesequence and comparative analysis of the solvent producing bacterium Clostridium acetobutylicum. Bacteriol, 2001, 183(6): 4823-4838），遗传操作系统已经成功构建；拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii NCIMB8052）菌株的全基因组测序已于2007年完成，分子遗传操作系统正在构建（Copeland A, Lucas S, Lapidus A, et al. Clostridium beijerinckii NCIMB8052, complete genome. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?db=nucleotide&val=CP000721）。国内主要研究丙酮丁醇梭菌的改造，对拜氏梭菌的研究较少。很多研究表明拜氏梭菌的原料谱和适宜pＨ范围更广，在丁醇发酵产业上具有更大的应用潜力。

甘蔗渣和糖蜜都是制糖工业的主要副产品，价格低廉具有数量大、产地集中，其成分单一不需要分选处理、质量可控等优势。与其他类型的农林生物质资源比较，蔗渣和糖蜜都是很好的生物质炼制工业的原料，是重要的可再生生物质资源。中国是仅次于巴西和印度的第三甘蔗种植大国，每年蔗渣的产量约2000多万吨，糖蜜产量达3000多万吨。由于转化利用技术手段落后，传统上甘蔗渣经常被废弃不用、或者多数只用做燃料，其利用率很低，不仅造成了资源的浪费，而且还带来了环境的污染。以廉价的蔗渣和糖蜜为原料发酵生产丁醇可降低生物丁醇的成本，具有市场竞争力。

目前纤维素酶酶解蔗渣技术在工业生产中的应用尚未成熟，但经稀硫酸水解可得到低浓度的混合糖，主要成分是木糖，其水解产物中会有许多对微生物有抑制作用的物质：主要有醛类、有机酸、呋喃、木素的降解产物、盐类等。由于糖的浓度较低，一般需要浓缩并经过脱毒作为丁醇发酵醪。专利201019026109.1公开了一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备丁醇的方法，其中水解液需用膜分离技术和吸附分离技术脱毒。专利200810141418.9提供了一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法。专利201111304843.7公开了一种以木质纤维素为原料生产乙醇和丁醇的方法。新西兰David Jones 教授选育的拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii260）能同步糖化发酵木质纤维水解液生产丁醇（Qureshi N, Saha B C, Hectora R E, et a1．Butanol production from wheat straw by simultaneous saccharification and fermentation using Clostridium beijennckii：Part I：batch fermentation. Biomass and Bioenergy, 2008, 32(2): 168-175）。

发明内容