[发明专利]一种梭菌发酵甜高粱糖汁产溶剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵领域，是关于一种梭菌发酵甜高粱糖汁产溶剂的方法。

背景技术

产溶剂梭菌（Clostridiumspp.）是一类能够利用蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖等糖类物质作为碳源进行细胞生长和代谢活动，并在其代谢过程中产生丙酮、丁醇和乙醇三联产品的产孢子革兰氏阳性菌，是溶剂发酵工业的最重要菌种来源。丙酮和丁醇可作为溶剂广泛地用于化工、汽车、医药和食品等制造行业；丁醇还是一种优于乙醇、生物柴油的新一代可再生燃料。在石油化工兴起之前，利用产溶剂梭菌生产丙酮和丁醇的发酵工业曾是世界上仅次于酒精发酵的第二大生物技术产业。

传统的溶剂发酵工业主要以玉米（包括其它淀粉作物）和糖蜜等为原料，经丙酮丁醇梭菌（C.acetobutylicum）、拜氏梭菌（C.beijerinckii）等厌氧发酵，同时获得丙酮、丁醇和乙醇（Acetone-Butanol-Ethanol三联产品）的生物加工过程，亦称为“ABE发酵”。产溶剂梭菌发酵生成的总溶剂浓度和溶剂三成分之间的比例，往往随菌种类别、发酵底物和发酵条件而异。常见的产溶剂梭菌有以下4种：丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、糖丁酸梭菌（C.saccharobutylicum）和糖乙酸多丁醇梭菌（C.saccharoperbutylacetolnicum）。产溶剂梭菌一般的A:B:E比例为3:6:1，A和B占溶剂的90%以上，故也称为“AB发酵”。

传统的淀粉总溶剂，以糊化淀粉为基料配制发酵液，由于粘度高、溶氧及扩散性能都较差，因而很容易达到梭菌的厌氧生长环境。但以甜高粱糖汁为基料配制的培养基情况正好相反，由于甜高粱糖汁是液体培养基，流动性强，氧气很容易渗透入培养基内部，导致培养基氧含量较高。目前为止，文献报道的所有糖类物质（液体培养基）的发酵都只在实验室规模进行，实验室规模的小试发酵可通过厌氧箱或厌氧罐来保证厌氧环境，而工业大容量发酵罐中糖汁液体的厌氧发酵未有前人经验可循。虽然理论上可通过向发酵罐通氮气的方法来尽量排除发酵罐和培养基中的氧气，但势必会增加氮气和配套设备的成本，不利于工业生产。因此，甜高粱糖汁发酵产总溶剂首先需要解决非厌氧环境下菌种的接种、增殖和发酵问题，力求在现有淀粉总溶剂厂成熟技术和设备基础上，使甜高粱糖汁这类液体物质发酵总溶剂达到与厌氧条件下一样的溶剂浓度和生产效率。

发明内容

批式发酵和补料发酵与实验室厌氧箱发酵相比，主要就是需要解决非厌氧环境下的梭菌接种和扩容培养问题，这是梭菌后续连续发酵的基础。

本发明的第一个目的在于提供一种梭菌发酵产溶剂的方法。

本发明的第二个目的在于提供所述方法用于梭菌发酵产溶剂的应用。

作为本发明的第一个方面，一种梭菌发酵产溶剂的方法，所述方法的步骤包括：菌种活化、种子液培养1、种子液培养2和发酵，其特征在于，所述种子液培养2和发酵在培养基为33-39℃的条件下接种，然后进行非厌氧发酵。

根据本发明，所述梭菌包括：丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、糖丁酸梭菌和糖乙酸多丁醇梭菌。

根据本发明的优选实施例，所述糖丁酸梭菌为Clostridium saccharobutylicum P262。

根据本发明，所述菌种活化的条件为：

活化温度为：33-35℃；活化时间为：10-24h；

菌种活化的培养基组成：(NH₄)₂SO₄2g/L，K₂HPO₄1g/L，KH₂PO₄0.5g/L，MgSO₄·7H₂O0.1g/L，FeSO₄·7H₂O0.015g/L，CaCl₂0.01g/L，MnSO₄·H₂O0.01g/L，CoCl₂0.02g/L，ZnSO₄0.02g/L，胰蛋白胨2g/L，酵母提取物1g/L，葡萄糖20g/L，刃天青0.001g/L。

根据本发明，所述种子液培养1的条件为：

培养温度为：33-35℃；培养时间为：12-16h。