[发明专利]一种基于纯微生物处理的高效利用木聚糖转化生物丁醇的方法

说明书

本发明涉及一种基于纯微生物处理的高效利用木聚糖转化生物丁醇的方法，主要包括：(1)从红树林环境获取红树林底泥样品；(2)在厌氧条件中将底泥样品加入到木聚糖为唯一碳源的发酵培养基中，进行驯化富集培养稳定的微生物菌群；(3)将稳定的微生物菌群接种到新的木聚糖发酵培养基中；进行发酵培养，再高压蒸汽灭菌；(4)将已筛选的纯培养梭菌菌株WST活化，并接种到步骤(3)所得发酵液中，再进行联合发酵转化目标产物——生物丁醇。本发明能以木聚糖为唯一碳源进行生长，并显著提高其生物可利用率以及生物丁醇的转化率，而且操作过程简单方便，且不产生二次污染，具有广阔应用前景和潜力。

技术领域

本发明属于微生物生物技术及生物能源发酵技术领域，涉及一种基于纯微生物处理的高效利用木聚糖转化生物丁醇的方法。

背景技术

随着石油等不可再生资源的日益消耗，开发新能源已经逐渐成为人类生存与发展的迫切需求。作为可再生能源之一，生物燃料通常指由生物质组成或转化的各种固体、液体或气体燃料的总称。其除了具有良好的可贮藏性和可运输性，还具有可循环性和环保性两大优点，是替代化石燃料的最佳选择，也是生物质能开发利用的重要方向之一。在众多生物燃料中，生物丁醇以其腐蚀性小、不易吸水、便于管道运输、挥发性低、燃烧值高等优点成为了理想的生物燃料燃油替代品。但就目前来说，传统的丁醇发酵过程存在的主要问题之一是依赖于可食用的粮食原料，如玉米淀粉等，这就部分造成了工业生产与人类生存共同竞争粮食作物的窘状，同时也很大程度增加了丁醇发酵的生产成本。因此寻找廉价的非粮食依赖型原料便成了解决这一问题的重点。

木质纤维素生物质是自然界中来源最为广泛的生物质，但是大部分的木质纤维素未被有效利用，或者直接作为堆肥原料，造成了严重的资源浪费和环境污染，而针对木质纤维素生物质的有效利用也一直是当今世界性尚待解决的难题之一。为了进一步减轻对化石燃料的依赖，利用木质纤维素生物质转化生物能源也引起了人们更为广泛的关注。作为构成木质纤维素生物质的主要成分之一，半纤维素是除纤维素外含量最为丰富的杂多糖，占木质纤维素生物质总量的25％–35％，是第二丰富的可再生生物质。而木聚糖是构成半纤维素的主要成分，因此有效利用木聚糖将成为有效利用木质纤维素生物质中重要的一步。传统方法是将木聚糖进行化学法水解，再将水解产物进一步发酵转化为生物能源物质。化学水解方法因其简单、快速而被普遍使用，但其水解过程中会伴随某些抑制物的产生，如4-羟基苯甲醛，羟甲基糠醛等，进而影响后续发酵或转化反应，抑制木聚糖向生物能源的转化过程。因此如何采用温和且无污染的处理方法，高效利用木聚糖转化生物能源便成为了目前亟待解决的问题。

但是由于木质纤维素生物质自身的高聚合复杂结构加大其水解难度，其水解利用效率不高一直是目前众多尚待解决难题之一；而且木质纤维素生物质成分复杂，仅依赖单一酶制剂无法实现其高效利用，且酶制剂成本过高，不利于工业大规模应用；另外利用单一微生物菌株直接处理木质纤维素生物质的能力有限，几乎无法实现较高的底物利用率及生物丁醇转化率。而造成现有报道技术主要存在以下缺点：1、木质纤维素生物质中的半纤维素(主要成分为木聚糖)富含各类杂多糖，其结构较为复杂，酶水解成本过高，增加发酵工艺条件和成本；2、酸碱等化学处理方式过于剧烈，容易导致底物中可利用的成分结构遭到破坏并产生抑制菌株发酵的物质(如糠醛)，因而影响后期的发酵效果；3、菌株直接利用木聚糖的底物利用率较低，生物丁醇转化率不高。

发明内容

本发明的目的在于针对木质纤维素生物质转化生物能源研究的基础上，提供一种纯微生物处理技术，该技术能提高木质纤维素生物质的主要成分之一木聚糖的生物利用率，结合联合发酵的手段，高效转化为生物丁醇，实现底物到产物的高转化率，解决现有技术存在的问题。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：

一种基于纯微生物处理的高效利用木聚糖转化生物丁醇的方法，主要包括以下步骤：

(1)从红树林环境获取红树林底泥样品；