本發(fā)明屬于蕨根資源的利用領(lǐng)域，特別涉及一種蕨根發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法。

背景技術(shù)：
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丁醇是一種重要的溶劑，也是涂料、塑料和橡膠等產(chǎn)品的主要原料。近年來，丁醇還被認(rèn)為是一種極具潛力的新型生物燃料。與甲醇和乙醇相比，丁醇具有良好的水不溶性，低蒸汽壓，高熱比等特點(diǎn)，能夠與汽油達(dá)到更高的混合比，更適合在現(xiàn)有的燃料供應(yīng)和分銷系統(tǒng)中使用。以Clostridium.acetobutylicum為代表的梭菌可以在其代謝過程中產(chǎn)生丙酮、丁醇、乙醇三種主要成分的混合物，稱為溶劑。傳統(tǒng)的丁醇發(fā)酵底物為玉米和小麥，生產(chǎn)成本較高。隨著我國近年來對能源需求的加劇，繼續(xù)采用大量糧食發(fā)酵生產(chǎn)丁醇勢必會造成糧食危機(jī)。盡管目前世界各國都在積極開展木質(zhì)纖維素替代淀粉發(fā)酵的研究，然而木質(zhì)纖維素水解液含糖量低以及預(yù)處理過程中產(chǎn)生的抑制物嚴(yán)重影響了正常的菌種發(fā)酵。相比之下，采用非糧淀粉或糖類原料發(fā)酵生產(chǎn)丁醇更具有經(jīng)濟(jì)可行性。

蕨根主要由成分特殊的高級淀粉組成。蕨根中淀粉含量約20%，蕨根淀粉稱為蕨粉，制取之可供食用及糊料。蕨根粉如上所述，雖然營養(yǎng)藥用價(jià)值很高，但人們并不把它當(dāng)做糧食加以利用，這一方面是蕨粉食用并不可口，另一方面也不宜大量長期食用，如果當(dāng)作主糧食用，還有可能產(chǎn)生一定的副作用。開發(fā)蕨根更大的利用價(jià)值勢在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為提高蕨根的利用價(jià)值，本發(fā)明提供一種利用蕨根進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的方法，旨在利用低價(jià)原料獲得一種穩(wěn)定的生物丁醇的生產(chǎn)方法，滿足生物丁醇在能源、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。將高山被孢霉與蕨根醪共同發(fā)酵，提高了溶劑濃度，同時(shí)也是高山被孢霉干菌體資源化利用的一個(gè)方法。

本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

一種利用蕨根發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成種子培養(yǎng)基，121℃滅菌21min備用；

（2）接種瓶：將菌種接種到步驟（1）制備好的種子培養(yǎng)基中，在30-42℃溫度下培養(yǎng)18-48h；

（3）高山被孢霉干菌體的處理：高山被孢霉培養(yǎng)后，將含有高山被孢霉的發(fā)酵液，抽濾，干燥至恒重，研磨成粉末，篩子過篩，得到高山被孢霉干菌體粉末；

（4）制備蕨根粉發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，加適量水蒸煮30-90min，制成蕨根醪；往蕨根醪中加入高山被孢霉干菌體粉末組成丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，培養(yǎng)基的pH值自然，121℃滅菌21min；蕨根醪的濃度為5-30%；高山被孢霉干菌體的添加量為0.2-1.0g/L；

（5）接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間72-168h，得到含有丁醇的發(fā)酵液。

步驟（4）所述的蕨根粉加水蒸煮時(shí)間為60min。

步驟（1）所述的種子培養(yǎng)基的質(zhì)量百分比為2%-20%。

步驟（4）所述的高山被孢霉干菌體的添加量為0.6g/L。

步驟（4）所述的蕨根醪的濃度為15%。

步驟（5）所述的接種量為5%-15%。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明工藝簡單，成本低，采用蕨根和高山被孢霉干菌體為原料共同發(fā)酵，提高了丁醇濃度，不需要酶解和糖化過程，可直接發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，并幾乎達(dá)到了玉米淀粉的發(fā)酵水平；

2、本發(fā)明中在每升蕨根醪中加入0.2-1g高山被孢霉干菌體共同發(fā)酵，提高了蕨根發(fā)酵液中的丁醇產(chǎn)量，同時(shí)也是高山被孢霉干菌體的資源化利用。

3、本發(fā)明為野生蕨有效利用開辟了一個(gè)新的途徑，緩解了目前糧食發(fā)酵生物燃料中存在的“與人爭糧，與糧爭地”的難題。

4、本發(fā)明利用野生蕨根粉進(jìn)行發(fā)酵獲得丁醇， 原料成本低。

總之，本發(fā)明不僅為生物燃料丁醇的生產(chǎn)提供了新的原料，解決現(xiàn)有糧食淀粉發(fā)酵生產(chǎn)丁醇成本偏高的問題，也為蕨根資源的綜合利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展開辟了新的方向，同時(shí)也為高山被孢霉干菌體的資源化利用提供了新途徑。

附圖說明：

圖1是不同濃度蕨根醪作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基時(shí)，最終發(fā)酵液中丁醇的產(chǎn)量。

圖2是在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的蕨根醪培養(yǎng)基中添加不同濃度的高山被孢霉干菌體共同發(fā)酵時(shí)，最終發(fā)酵液中的溶劑產(chǎn)量。

具體實(shí)施方式：

本發(fā)明所用菌株為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌Clostridium acetobutylicum CGMCC 1.0134，菌種以甘油管保存于-80℃冰箱內(nèi)，每6個(gè)月轉(zhuǎn)存一次。

實(shí)施例1

1)制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%-20%的種子培養(yǎng)基，滅菌備用；

2)接種瓶：將菌種丙酮丁醇梭菌ClostridiumacetobutylicumCGMCC1.0134接到制備好的種子培養(yǎng)基里，在30-42℃進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)18-48h；

3)制備發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，過40目篩，加水蒸煮60min，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的蕨根醪，對蕨根醪進(jìn)行酶解：首先添加5-15U/g（淀粉）淀粉酶，淀粉酶55-80℃酶解20-120min，再添加100-300U/g（淀粉）糖化酶40-60℃酶解30-120min，水解液作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，pH值自然，滅菌；

4)接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子液轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為5%-15%，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)72-168h。取處理后的發(fā)酵液，測得溶劑產(chǎn)量。

5)丁醇產(chǎn)量最高為5.4g/L，總?cè)軇┊a(chǎn)量為10.9g/L。與未經(jīng)酶處理的對照相比，溶劑產(chǎn)量幾乎一樣。以下實(shí)施例2-4的培養(yǎng)基均未經(jīng)酶處理。

實(shí)施例2

6)制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%-20%的種子培養(yǎng)基，滅菌備用；

7)接種瓶：將菌種丙酮丁醇梭菌ClostridiumacetobutylicumCGMCC1.0134接到制備好的種子培養(yǎng)基里，在30-42℃進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)18-48h；

8)制備發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，過40目篩，加水蒸煮30-60min，分別制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，8%，10%，15%，20%，30%的蕨根醪，作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，pH值自然，滅菌；

9)接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子液轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為5%-15%，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)72-168h，取處理后的發(fā)酵液，測得溶劑產(chǎn)量，結(jié)果為：

當(dāng)蕨根醪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，丁醇產(chǎn)量最高為5.5g/L，總?cè)軇┊a(chǎn)量為10.8g/L。

實(shí)施例3

1)制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%-20%的種子培養(yǎng)基，滅菌備用；

2)接種瓶：將菌種丙酮丁醇梭菌ClostridiumacetobutylicumCGMCC1.0134接到制備好的種子培養(yǎng)基里，在30-42℃進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)18-48h；

3)高山被孢霉干菌體的處理：高山被孢霉培養(yǎng)后，將含有高山被孢霉的發(fā)酵液，抽濾，干燥至恒重，研磨成粉末，篩子過篩，得到高山被孢霉菌粉；

4)制備發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，過40目篩，加水蒸煮30-60min，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的蕨根醪，再分別添加0.2，0.4，0.6，0.8，1g/L的高山被孢霉干菌體粉末組成丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，pH值自然，滅菌；

5)接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子液轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為5%-15%，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)72-168h。取發(fā)酵液，處理后，測得溶劑產(chǎn)量，結(jié)果為：

當(dāng)高山被孢霉干菌體的添加濃度0.6g/L時(shí)，發(fā)酵液中丁醇含量最高為6.5g/L，其中總?cè)軇┊a(chǎn)量達(dá)到11.4g/L。相對于對照，丁醇濃度提高了21.5%。

實(shí)施例1-3蕨根發(fā)酵生產(chǎn)丁醇的過程，蕨根醪不經(jīng)酶處理與經(jīng)過酶處理的蕨根醪作為發(fā)酵培養(yǎng)基時(shí)，溶劑產(chǎn)量幾乎沒有差別；蕨根醪最適濃度為15%；高山孢霉干菌體的最適濃度為0.6g/L，產(chǎn)量提高了21.5%。