專利名稱：一種乙醇和丁二酸的聯(lián)合發(fā)酵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙醇和丁二酸的生產(chǎn)方法，具體地說，涉及一種 利用生產(chǎn)乙醇和丁二酸的聯(lián)合發(fā)酵方法。
背景技術(shù)：
丁二酸又稱為琥珀酸，是一種二元有機酸，它是一種重要的Q 平臺化合物，可作為合成復雜有機化合物的中間體，廣泛應用于制藥、 食品加工、合成塑料、橡膠、防護涂料、染料和其它工業(yè)中。目前， 已有超過250種以苯為原料的化工產(chǎn)品可以通過丁二酸轉(zhuǎn)化獲得，因 此丁二酸的市場需求量不斷增加。
生產(chǎn)丁二酸的方法主要有兩種化學合成法和微生物發(fā)酵法。傳 統(tǒng)的化學合成法因使用化石原料、環(huán)境污染等原因使丁二酸的生產(chǎn)規(guī) 模和應用受到較大限制。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丁二酸由于效率高、污染 小等眾多優(yōu)點，正在被廣泛深入地研究。根據(jù)化學計量式可知，每生 產(chǎn)lmol丁二酸需要固定lmol二氧化碳，即每生產(chǎn)l口屯丁二酸至少需要 消耗037噸二氧化碳。目前丁二酸發(fā)酵過程中二氧化碳的補給主要有 兩種方法 一是直接通入二氧化碳，二是利用碳酸鹽(如碳酸鈉、碳 酸鈣或碳酸鎂等)。兩種方法都需要增加額外的生產(chǎn)成本。
乙醇俗稱酒精，不僅是一種非常重要的有機化工原料和溶劑，而 且因其可再生和對環(huán)境無,污染，被認為是可替代石油類不可再生資源 的最有發(fā)展前景的液體燃料，我國燃料乙醇的巿場規(guī)模正急劇擴大。 在發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的過程中，會產(chǎn)生大量的廢氣，廢氣中95%以上為溫 室氣體C02，其對大氣環(huán)境造成的影響不容忽視。目前主要通過回收 C02生產(chǎn)液態(tài)C02、輕質(zhì)碳酸鈣、全降解塑料一一聚碳酸亞丙酯樹脂， 但其回收利用的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、 輔料消耗少的乙醇和丁 二酸生產(chǎn)方法。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種乙醇和丁二酸的聯(lián)合發(fā)酵方 法，其分別在乙醇發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、在丁二酸發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā) 酵生產(chǎn)丁二酸，并將發(fā)酵乙醇過程中產(chǎn)生的氣體通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸 的體系中。
所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的微生物可為酵母菌或細菌。
所述發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的微生物可為放線桿菌，厭氧螺菌或重組大 腸桿菌等。
所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的底物為淀粉基原料、蔗糖基原料、果糖基原 料中的一種或兩種及兩種以上的混合物。
所述發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的底物為淀粉基原料、蔗糖基原料、果糖基 原料中的一種或兩種及兩種以上的混合物。
所述發(fā)酵乙醇過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)洗滌、過濾除菌和冷凍壓縮后 通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的體系中。
所述洗滌為乙醇發(fā)酵尾氣經(jīng)高錳酸鉀洗滌收集。
所述經(jīng)洗滌、過濾除菌和冷凍壓縮后的氣體99.9。/。以上為C02氣 體，以l: (0.1~0.4)的通風比通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的體系中。
本發(fā)明方法將兩個重要大宗化學品乙醇和丁二酸的生產(chǎn)體系進
行聯(lián)合，將乙醇發(fā)酵過程中產(chǎn)生的C02尾氣用于丁二酸的發(fā)酵生產(chǎn)過 程，既有效減少了乙醇發(fā)酵過程中C02的排放對環(huán)境的影響，降低了
乙醇發(fā)酵生產(chǎn)中尾氣處理的成本，又為使丁二酸發(fā)酵過程中添加碳酸 鹽的量大幅度降低，有效降低了丁二酸生產(chǎn)的輔料消耗。
與傳統(tǒng)的獨立發(fā)酵工藝相比，本發(fā)明的方法采用聯(lián)合集成工藝， 具有以下特點
1)兩個系統(tǒng)串聯(lián)，簡化了乙醇發(fā)酵生產(chǎn)中的C02廢氣處理方法，
降低了設備投資和生產(chǎn)成本；2) 乙醇發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳應用與丁二酸發(fā)酵，作為合 成丁二酸的碳源之一，提高了碳源利用率，降低了丁二酸發(fā)酵的原料
成本；
3) C02的回收利用，降低了乙醇發(fā)酵過程中溫室氣體的排放量， 有利于保護環(huán)境。
具體實施例方式
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 實施例中所述的百分含量，如果沒有特別說明，均為質(zhì)量百分含
實施例l建立乙醇發(fā)酵體系
乙醇發(fā)酵體系的建立，包括如下步驟
(1) 平板培養(yǎng)
平板培養(yǎng)基的組成為葡萄糖3%，酵母膏0.5%，蛋白胨0.5%，瓊 脂2%。將酒精酵母菌種接種到該培養(yǎng)基中，33'C培養(yǎng)28小時。
(2) 搖瓶種子培養(yǎng)
搖瓶種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖3%,酵母膏0.5%,蛋白胨0.15%, 玉米漿0.5%,磷酸二氫鉀0.05%,硫酸鎂0.06%，自來水配制。
將平板培養(yǎng)的酒精酵母菌種接種到上述搖瓶種子培養(yǎng)基中，33 。C培養(yǎng)30小時，搖床轉(zhuǎn)速為200rpm。
(3) 種子罐種子培養(yǎng)
種子罐種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖5%，酵母膏0.5%,蛋白胨 0.05%，玉米漿0.8%，轔酸二氫鉀0.05%，硫酸鎂0.06%,自來水配制。
將搖瓶培養(yǎng)的酒精酵母菌種接種到上述種子罐種子培養(yǎng)基中，接 種量為10。/。(v/v)， 33'C培養(yǎng)28小時，攪拌轉(zhuǎn)速為220rpm,通風比 為l: 0.5。
(4) 發(fā)酵罐培養(yǎng)
發(fā)酵罐中發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為葡萄糖15%，酵母膏0.2%，玉米漿
51%,磷酸氫二鉀0.05%，硫酸銨0.05%，磷酸氫二銨0.15%，自來水配 制。
將種子罐培養(yǎng)的酒精酵母菌種接種到發(fā)酵罐中培養(yǎng)，根據(jù)該菌株 在生長、代謝的不同階段對氧氣及不同碳源需求量的差異，進行有氧、 厭氧兩段組合多罐連續(xù)發(fā)酵技術(shù)，釆用5L發(fā)酵罐，在第一階段為有氧 發(fā)酵階段，無菌空氣以通風比為l: 0.4的通風速率流入發(fā)酵罐的發(fā)酵 培養(yǎng)基中，攪拌轉(zhuǎn)速為400rpm，維持溶氧濃度(DO)為60~80%, 溫度控制在3rc,好氧培養(yǎng)8小時。當細胞濃度即光密度(OD)達到 20時，進入第二階段厭氧發(fā)酵，溫度控制在33 38C發(fā)酵65小時， 乙醇產(chǎn)率達到10.5%，糖醇轉(zhuǎn)化率大于41.5%。 實施例2與乙醇發(fā)酵體系聯(lián)合的丁二酸發(fā)酵體系
丁二酸的生產(chǎn)方法，包括以下步驟
(1) 平板培養(yǎng)將丁二酸生產(chǎn)菌種琥珀酸放線桿菌接種到胰蛋 白胨大豆瓊脂培養(yǎng)基中，35。C厭氧培養(yǎng)25小時。
(2) 搖瓶種子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖2%，酵母 膏0.4%,蛋白胨0.2%，玉米漿0.3%， Na2CO30.9%, NaH2PO40.7%， K2HPO41.0%， Na2HPO40.2%， NaC10.2%,自來水配制。將平板培養(yǎng) 的丁二酸菌種接種到裝有200ml搖瓶種子培養(yǎng)基的血清瓶中搖瓶培 養(yǎng)，35。C培養(yǎng)15小時，搖床轉(zhuǎn)速為180rpm。
(3) 種子罐培養(yǎng)種子罐種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖2%，酵母 膏0.4%,蛋白胨0.2%,玉米漿0.3%， Na2CO30.9%， NaH2PO40.7%, K2HPO41.0%, Na2HPO40.2%, NaC10.2%,自來水配制。將搖瓶培養(yǎng) 的丁二酸菌種接種到上述培養(yǎng)基中，接種量為5。/。(v/v)，在種子罐 中厭氧培養(yǎng)，35。C培養(yǎng)18小時，攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm， 二氧化碳通入量 為l: 0.2。
(4) 發(fā)酵罐培養(yǎng)
將種子罐培養(yǎng)基培養(yǎng)的丁二酸菌種接種 發(fā)酵罐中進行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為葡萄糖濃度11%,酵母膏濃度1.0%，
NaAcO.1%, NaH2PO40.02°/。 ， K2HPO40.1 ~ 0.5%, Na2HPO40.02%, NaC10.03%， CaCl20.02%， MgCl20.02%，自來水配制。
發(fā)酵過程中流加無菌中和劑碳酸鎂將pH值控制在6.5 ~ 7.1范圍 內(nèi)，同時將實施例l乙醇發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)高錳酸鉀洗滌、 除菌過濾、冷凍壓縮后，得99.9。/。以上的C02氣體，以通風比為l: 0.2 的通風速率流入發(fā)酵罐的發(fā)酵培養(yǎng)基中，攪拌轉(zhuǎn)速為200rpm，溫度控 制在37"C，厭氧培養(yǎng)48小時，丁二酸產(chǎn)率達到6.7%。糖酸轉(zhuǎn)化率為 67%。
實施例3與乙醇發(fā)酵體系聯(lián)合的丁二酸發(fā)酵體系
丁二酸的生產(chǎn)方法，包括以下步驟
(1) 平板培養(yǎng)將丁二酸生產(chǎn)菌種琥珀酸放線桿菌接種到胰蛋 白胨大豆瓊脂培養(yǎng)基中，35。C厭氧培養(yǎng)27小時。
(2) 搖瓶種子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖2%，酵母 膏0.4%,蛋白胨0.2%，玉米漿0.3%， Na2CO30.9%， NaH2PO40.7%, K2HPO41.0%, Na2HPO40.2°/o, NaC10.2%,自來水配制。將平板培養(yǎng) 的丁二酸菌種接種到裝有200ml搖瓶種子培養(yǎng)基的血清瓶中搖瓶培 養(yǎng)，35'C培養(yǎng)17小時，搖床轉(zhuǎn)速為180rpm。
(3) 種子罐培養(yǎng)種子罐種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖2%,酵母 膏0.4%,蛋白胨0.20/。，玉米漿0.3%， Na2CO30.9%， NaH2PO40.7%， K2HPO41.0%， Na2HPO40.2°/0， NaC10.2%，自來水配制。將搖瓶培養(yǎng) 的丁二酸菌種接種到上述培養(yǎng)基中，接種量為5。/。(v/v),在種子罐 中厭氧培養(yǎng)，35'C培養(yǎng)20小時，攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm， 二氧化碳通入量 為l: 0.2。
(4) 發(fā)酵罐培養(yǎng)
將種子罐培養(yǎng)基培養(yǎng)的丁二酸菌種接種到發(fā)酵罐中進行厭氧發(fā) 酵，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為葡萄糖濃度11°/。，酵母膏濃度1.0%，NaAcO.1%, NaH2PO40.02°/。 ， K2HPO40.1 ~ 0.5% ， Na2HPO40.02%, NaC10.03%, CaCl20.02%, MgCl20.02%,自來水配制。
發(fā)酵過程中流加無菌中和劑碳酸鎂將pH值控制在6.5 ~ 7.1范圍 內(nèi)，同時將實施例l乙醇發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)高錳酸鉀洗滌、 除菌過濾、冷凍壓縮后，得99.9。/。以上的C02氣體，以通風比為l: 0.2 的通風速率流入發(fā)酵罐的發(fā)酵培養(yǎng)基中，攪拌轉(zhuǎn)速為200rpm，溫度控 制在37'C，厭氧培養(yǎng)52小時，丁二酸產(chǎn)率達到6.9%。糖酸轉(zhuǎn)化率為 68%。
實施例4與乙醇發(fā)酵體系聯(lián)合的丁二酸發(fā)酵體系
丁二酸的生產(chǎn)方法，包括以下步驟
(1) 平板培養(yǎng)將丁二酸生產(chǎn)菌種琥珀酸放線桿菌接種到胰蛋 白胨大豆瓊脂培養(yǎng)基中，35。C厭氧培養(yǎng)23小時。
(2) 搖瓶種子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖2%，酵母 膏0.4%,蛋白胨0.2%，玉米漿0.3%， Na2CO30.9%, NaH2PO40.7%, K2HPO41.0%, Na2HPO40.2%， NaC10.2%，自來水配制。將平板培養(yǎng) 的丁二酸菌種接種到裝有200ml搖瓶種子培養(yǎng)基的血清瓶中搖瓶培 養(yǎng)，35'C培養(yǎng)16小時，搖床轉(zhuǎn)速為180rpm。
(3) 種子罐培養(yǎng)種子罐種子培養(yǎng)基的組成為葡萄糖2%，酵母 膏0.4%，蛋白胨0.2%，玉米漿03%， Na2CO30.9%, NaH2PO40,7%, K2HPO41.0%， Na2HPO40.2%， NaC10.2%，自來水配制。將搖瓶培養(yǎng) 的丁二酸菌種接種到上述培養(yǎng)基中，接種量為5。/。(v/v),在種子罐 中厭氧培養(yǎng)，35X:培養(yǎng)17小時，攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm, 二氧化碳通入量 為l: 0.2。
(4) 發(fā)酵罐培養(yǎng)
將種子罐培養(yǎng)基培養(yǎng)的丁二酸菌種接種到發(fā)酵罐中進行厭氧發(fā) 酵，發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為葡萄糖濃度11%，酵母膏濃度1.0%， NaAc0.1%， NaH2PO40.02o/o ， K2HPO40.1 ~ 0,5% ， Na2HPO40.02% ，
802%,自來水配制。
發(fā)酵過程中流加無菌中和劑碳酸鎂將pH值控制在6.5 ~ 7.1范圍 內(nèi)，同時將實施例l乙醇發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)高錳酸鉀洗滌、 除菌過濾、冷凍壓縮后，得99.9。/。以上的C02氣體，以通風比為l: 0.2 的通風速率流入發(fā)酵罐的發(fā)酵培養(yǎng)基中，攪拌轉(zhuǎn)速為200rpm，溫度控 制在37。C,厭氧培養(yǎng)53小時，丁二酸產(chǎn)率達到6.9%。糖酸轉(zhuǎn)化率為 68.5%。
注本發(fā)明中所采用的纖維素酶、木聚糖酶、酒精酵母菌種、酒 精細菌菌種、琥珀酸放線菌種、琥珀酸厭氧螺菌或重組大腸桿菌等均 為常規(guī)使用的產(chǎn)品，可巿售獲得。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳 盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本 領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ) 上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
權(quán)利要求
1、一種乙醇和丁二酸的聯(lián)合發(fā)酵方法，其分別在乙醇發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、在丁二酸發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸，并將發(fā)酵乙醇過程中產(chǎn)生的氣體通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的體系中。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 的微生物為酵母菌或細菌。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵生產(chǎn)丁二 酸的微生物為放線桿菌、厭氧螺菌或重組大腸桿菌。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 的底物為淀粉基原料、蔗糖基原料、果糖基原料中的一種或兩種及兩 種以上的混合物。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸 的底物為淀粉基原料、蔗糖基原料、果糖基原料中的一種或兩種及兩 種以上的混合物。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵乙醇過程中 產(chǎn)生的氣體經(jīng)洗滌、過濾除菌和冷凍壓縮后通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的體 系中。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述洗滌為乙醇發(fā) 酵尾氣經(jīng)高錳酸鉀洗滌收集。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述經(jīng)洗滌、過濾除 菌和冷凍壓縮后的氣體以l: (0.1~0.4)的通風比通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二 酸的體系中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種乙醇和丁二酸的聯(lián)合發(fā)酵方法，其分別在乙醇發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、在丁二酸發(fā)酵系統(tǒng)中發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸，并將發(fā)酵乙醇過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過處理后，通入發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的體系中。本發(fā)明方法將乙醇發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO₂尾氣用于丁二酸的發(fā)酵生產(chǎn)過程，既有效減少了乙醇發(fā)酵過程中CO₂的排放對環(huán)境的影響，降低了乙醇發(fā)酵生產(chǎn)中尾氣處理的成本，又使丁二酸發(fā)酵過程中添加碳酸鹽的量大幅度降低，有效降低了丁二酸生產(chǎn)的輔料消耗。
文檔編號C12P7/06GK101613720SQ20091009018
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者岷 姜, 尚海濤, 李榮杰, 歐陽平凱, 薛培儉 申請人:安徽豐原發(fā)酵技術(shù)工程研究有限公司