[发明专利]采用木质纤维素培养微藻的方法

说明书

针对现有技术中在微藻异养发酵所存在的碳源成本高昂的问题，本发明提供了以木质纤维素类农林废弃物为原料的工艺所述工艺包括木质纤维素原料预处理、糖化、微藻异养发酵和后处理等步骤。所述工艺采用木质纤维素生物糖化与微藻异养发酵相结合的策略，不但显著降低了微藻异养发酵的生产成本，还解决了农林废弃物的综合利用问题。同时采用了用于催化木质纤维素糖化的纤维素酶制剂，显著降低了糖化阶段的用酶成本。此外，所述工艺中质纤维素糖化阶段培养基与发酵培养基可循环使用，可以显著节水和减少化学品使用，具有减少废水排放和降低成本的显著效果；对于产业化具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及微生物发酵工程领域，具体涉及一种利用木质纤维素原料发酵培养微藻的方法。

背景技术

微藻作为一种新型水生生物质资源，具有生长周期短、生物质产量高和油脂含量高的特点，其生物质生产能力可达陆地植物的30倍，具有不与粮争地及不与人争粮的巨大优势。微藻在可再生能源领域有非常吸引人的巨大发展潜力，比如，微藻具有很强的油脂生产能力，其油脂含量可高达细胞干重的40-80％。因此，微藻极有可能为我国生物质能源短缺提供一条有效解决途径。开发能源微藻资源，发展能源微藻生物炼制产业，不仅符合我国可持续发展的能源战略需求，而且与我国建立资源节约型和环境友好型社会的目标相一致，有助于促进人与自然和谐发展与经济社会可持续发展。

目前，微藻的养殖方式有三种：自养、异养和兼养(自养异养相结合)。相较于利用CO₂、阳光和无机物作为营养来源的自养培养方式，利用葡萄糖和有机物作为营养来源的异养发酵具有易于扩大培养规模、微藻生长繁殖速度快，生物量浓度高、便于生产过程的控制等优势。现有的微藻异养发酵方法主要是以玉米淀粉来源的葡萄糖作为主要碳源，因此葡萄糖的供给和原料成本是目前限制微藻产业发展的关键问题之一。为了攻克这一难题，人们不断尝试寻找廉价的原料作为微藻培养的底物，开发低成本新型碳源以及配套的生物制备技术具有必要性和广阔的应用前景。

木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生生物质，包括秸秆、废纸浆、稻壳、酒糟等农林废弃物。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。其中，纤维素是由葡萄糖组成的。因此，木质纤维素生物质是潜在的廉价葡萄糖原料，发展以木质纤维素原料为底物的葡萄糖的生产方法，可以显著降低微藻异养发酵原料成本，并同时解决农林废弃物的综合利用问题。

目前，木质纤维素为原料进行微藻培养的现有技术中，一般都是采用真菌来源的纤维素酶先将秸秆等底物进行酶解。发明专利CN201610976321和CN201710248657都公开了利用秸秆纤维水解液培养微藻的方法，该发明利用真菌来源的商业化纤维素酶、半纤维素酶将预处理的农业秸秆进行水解，获得纤维水解液，再以纤维水解液作为糖源进行小球藻的发酵培养。其中纤维素酶的添加量为5-500FPU，成本高昂。

采用真菌来源的酶制剂的策略存在效率和成本上的不足，这主要因为纤维素酶制剂的需要在单独的反应器中通过微生物发酵制备，且制备的工艺与纤维素水解条件不同，生产步骤繁琐复杂，人力物力需求和设备投入等成本显著增加，使得木质纤维素的糖化过程不具有市场竞争力，因此基于真菌来源纤维素酶制剂的糖化以及多不饱和脂肪酸制备技术难以实现大规模的工业应用。

发明专利CN201510858635公开了一种利用秸秆半纤维素培养小球藻的方法，该发明利用碱处理的秸秆作为底物，利用纤维弧菌与小球藻构建了共培养体系，使秸秆水解与小球藻发酵同步进行，但存在秸秆水解效率低、培养周期长等问题。因此，需要找到更高效的木质纤维素酶解的方法和技术，并将其与微藻发酵相结合。