[发明专利]一种利用含淀粉废物直接制备丁醇的方法

说明书

本发明涉及生物发酵技术领域，提供一种用含淀粉废物制备丁醇的方法，解决了目前含淀粉废物中加入淀粉酶或糖化酶生产丁醇成本过高的问题。本发明将含淀粉废物作为发酵原料进行分拣磨碎，高温灭菌后制备发酵培养基，接种Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1‑4菌株直接进行发酵制丁醇。本发明直接利用含淀粉废物发酵生产丁醇，工艺简单、且不需添加其他辅助物质，其生产成本比加入淀粉酶或糖化酶糖化发酵制丁醇的常规方法降低20％～30％。

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，尤其涉及添加一种产丁醇梭状芽孢杆菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4直接发酵含淀粉废物制备丁醇的方法。

背景技术

近年来，石化资源储量逐年降低、全球变暖和气候变迁、石油供应地区的持续冲突导致石油供应的波动，以及现行法律对不可再生能源使用的限制使得利用生物技术来生产可再生的生物质能源变得越来越重要。与传统生物质能源燃料乙醇相比，丁醇具有能量高，燃烧性能好，腐蚀性小，易于运输，且存储和转运安全等优势。此外，丁醇还可以任意比例与汽油混合甚至自身作为燃料使用，而无需对现存发动机引擎做任何改动，所以近年来许多研究认为生物质丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料。

目前传统生物质丁醇的工业生产主要是利用粮食作物或其他淀粉质农副产品为原料，经水解后在产丁醇梭菌的厌氧ABE发酵作用下获得丙酮、丁醇和乙醇的混合物，再经精馏得到相应产品。然而当前生物质丁醇生产过程成本较高，缺乏商业竞争力，导致其发展受到一定限制，主要是由于以下几点原因：(1)原料价格高：随着全球粮食资源的短缺以及粮价的上涨，以传统作物玉米、小麦等作为原料的丁醇发酵受到强大的冲击；(2)以木质纤维素为原料进行发酵的工艺路线复杂，预处理条件苛刻，同时各种水解酶的使用以及如何解决五碳糖和六碳糖同等利用均是需要解决的难点。为解决以上限制问题，提高生物质丁醇的市场竞争力，选用廉价的生产原料、开发建立高效简捷的生产工艺，已成为目前丁醇发酵研究的热点。

一般含淀粉废物包括食品废物中的餐厨垃圾、工业生产中淀粉加工业残渣和面包等含淀粉类食物生产残渣、农业含淀粉作物等。传统含淀粉废物预处理后需经过液化、糖化步骤，再接入相关的菌株进行发酵产丁醇。专利CN102250967B在加入糖化酶的条件下发酵食品废物产丁醇，专利CN102586382B经多种酶制剂处理过的餐厨垃圾接种混合菌液发酵生产丁醇，以上专利发明都在发酵过程中加入一种或多种酶制剂，酶的添加使发酵成本依然较高、发酵生产工艺依然较为复杂，且酶解过程中需要维持一定的酶解温度使耗能较高。本发明在不添加酶的条件下，通过直接发酵含淀粉废物产丁醇，有效解决了以上问题，简化了生产工艺、节约了生产成本、降低了能耗，经济、社会和环境效益显著。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术存在的问题，本发明目的在于开发一种可广泛利用廉价生产原料，同时不添加外源酶制剂的情况下，直接发酵生产丁醇的方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过添加产丁醇梭菌Clostridiumsaccharoperbutylacetonicum N1-4(Al-Shorgani et al.,2012)直接发酵含淀粉废物制备丁醇的方法，即将含有淀粉质的废物作为发酵原料进行预处理，直接接种发酵种子液进行厌氧发酵制备丁醇。

进一步地，含淀粉质废物原料，包括面包渣、餐厨垃圾、工业面粉加工剩余物、生面粉浆、土豆等淀粉加工业的淀粉残渣以及玉米、木薯等粮食产品，所述含淀粉废物中未添加任何营养盐溶液以及淀粉酶或糖化酶。

进一步地，含淀粉废物经分选除杂后粉粹，在115℃～121℃下，灭菌15～20min制备发酵培养基。

进一步地，所述发酵菌株为Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4，接种量为10％(v/v),厌氧发酵温度为30℃～35℃。