[发明专利]一种基于微生物电解池厌氧发酵产丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微生物电解池厌氧发酵产丁醇的方法，具体涉及一种利用微生物电解池单阶段及两阶段厌氧发酵贝氏梭菌制备丁醇的方法，属于生物化工技术领域。

背景技术

近年来，由于世界石油资源加速枯竭、价格不断上涨，生物燃料逐渐受到了广泛的重视。同时，石油资源的燃烧导致温室气体肆意排放，已对全球气候造成了难以逆转的影响。因此，发展生物燃料已成为许多国家提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。生物燃料是指通过生物资源生产的适用于汽油或柴油发动机的燃料，目前市场上以燃料乙醇和生物柴油最为常见。作为新型的生物燃料，生物丁醇与乙醇相似，但却具有许多优于乙醇之处，如：能量密度大、挥发性小、腐蚀性小、可与汽油等其他燃料以任意比例混合使用、可直接用于内燃机、运输方便等。在能源危机日益严峻的今天，生物丁醇作为燃料有着广阔的发展前景。

此外，丁醇作为一种4C醇类，还是重要的有机化工原料，广泛应用于化工、塑料、有机合成、油漆等工业。目前，丁醇主要通过化学法裂解石油产生。但从长远的战略角度考虑，探索以再生资源替代石油原料的发酵法来获取化学品以及能源材料是必经之路。因此，微生物发酵法生产生物丁醇的技术已日益引起广泛关注。

迄今为止，丁醇梭菌厌氧发酵过程调控主要包括：pH调控、ORP调控、添加发酵因子及补料分批调控等。根据丙酮丁醇梭菌XY16发酵过程中的pH值变化，郭亭等设计了两阶段调控策略，即前8小时将pH控制在5.5，后期控制pH在4.9，发酵效果最佳：总溶剂产量达到了20.3 g/L，其中丁醇12.5 g/L（Enhancement of butanol production and reducing power using a two-stage controlled-pH strategy in batch culture of Clostridium acetobutylicum XY16 [J]. World J Microbial Biotechnol, 2012, 28(7): 2551-2558.）。Shaohua Wang等控制Clostridium acetobutylicum发酵培养基ORP在-290mV，产溶剂期提前，前24h加强了主代谢途径，总溶剂产量达到了25.6g/L，较对照提高了35% （Controlling the oxidoreduction potential of the culture of Clostridium acetobutylicum leads to an earlier initiation of solventogenesis, thus increasing solvent productivity [J], Applied Microbiology and Biotechnology, 2012, 93(3): 1021-1030.）。El Kanouni等在含有葡萄糖、木糖的发酵培养基中添加一些CaCO₃，不仅提高了菌株对木糖的利用能力，而且提高了对丁醇的耐受能力（El Kanouni A., Zerdani I., et al. The improvement of glucose/xylose fermentation by Clostridium acetobutylicum using calcium carbonate [J]. World J Microbiol Biotechnol, 1998, 14(3): 431-435.)。Tashiro 等以葡萄糖为底物，利用C.saccharoperbutylacetonicum N1- 4 发酵制备丁醇时，采用不断流加葡萄糖和丁酸的补料分批发酵方法能促进丁醇发酵，可得到16 g/L的丁醇，比分别使用葡萄糖或丁酸作为唯一碳源时的丁醇产量有较大幅度的提高(Tashiro Y., Takeda K., et al. High butanol production by Clostridium saccharoperbutylacetonicum N124 in fed-batch culture with pH-stat continuous butyric acid and glucose feeding method [J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2004, 98(4): 263-268.)。