專利名稱：汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵領(lǐng)域，特別涉及一種汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂 的方法。
背景技術(shù)：
微生物油脂是很有價(jià)值的產(chǎn)品， 一方面，它們能產(chǎn)生一些特殊功能油脂，即經(jīng)濟(jì) 價(jià)值高的特殊營(yíng)養(yǎng)油脂和特殊工業(yè)用途油脂。這類油脂的主要營(yíng)養(yǎng)成分在天然動(dòng)植物 油脂中存在量很少，甚至不存在，但具有較大的生理功能和特殊用途。如微生物油脂 中含有大量的不飽和脂肪酸，r-亞麻酸(r-liolenic acid 18: 3),二十二碳六烯酸 (w_3， Docosahexaenoic acid， DHA)禾口 (arachidonic acid ARA; 20:4， n-6)等， 研究表明這些多不飽和脂肪酸FUFA (polyunsaturated fatty acid)具有重要的生理 功能，如防心血管病，促進(jìn)智力發(fā)育，抗腫瘤.抗炎癥等作用，具有廣闊的市場(chǎng)需求。 因此利用產(chǎn)油微生物來(lái)生產(chǎn)不飽和脂肪酸產(chǎn)品成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，石油的需求量也急劇上升，但我國(guó)石油 儲(chǔ)備量非常有限，大部分依靠進(jìn)口，而傳統(tǒng)能源對(duì)我國(guó)環(huán)境帶來(lái)的污染日趨嚴(yán)重。 在這樣的雙重壓力下，我國(guó)正在加快高效清潔的生物柴油產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。生物柴油(biodiesel)主要成分是高級(jí)脂肪酸甲酯，性質(zhì)與普通柴油非常相似，具有能量 密度高、易生物降解、安全無(wú)毒、含硫量低和廢氣中有害物排放量小等優(yōu)點(diǎn)，可以 作為石油柴油的優(yōu)質(zhì)代用品。其生產(chǎn)方法是將油脂與甲醇在酸或堿性催化劑或轉(zhuǎn)酯 酶的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，生產(chǎn)脂肪酸甲酯。要滿足我國(guó)生物柴油的需求，就必 須提供足夠的油脂，我國(guó)目前主要是從動(dòng)植物中提油脂，產(chǎn)量還不能滿足人們的生 活需求，需要大量進(jìn)口，因此尋找新的途徑生產(chǎn)油脂就顯得迫在眉睫。然而，我國(guó) 耕地少人口多，糧食生產(chǎn)壓力大，而且隨著城市化建設(shè)的加快，有效耕地還在不斷減少，靠大面積種植油脂植物來(lái)獲取油是不可行的，因此利用油脂微生物發(fā)酵微生 物油脂將成為解決生物柴油生產(chǎn)中油脂不足這一瓶頸問(wèn)題的突破口。目前，微生物油脂在工業(yè)上的生產(chǎn)方式主要是液態(tài)發(fā)酵，生產(chǎn)的主要原料—— 碳源由糧食產(chǎn)品來(lái)提供，生產(chǎn)成本高昂，這種生產(chǎn)方式不可能滿足實(shí)際需求，必須 尋找新的生產(chǎn)途徑和廉價(jià)的原料來(lái)降低生產(chǎn)成本。我國(guó)秸稈生物質(zhì)資源非常豐富，每年可產(chǎn)生7億噸以上。但是由于這一可再生資源組分多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有得到經(jīng)濟(jì)合理的開(kāi)發(fā)利用。當(dāng)前的一些秸稈利用技術(shù)存在著產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、原料利用率低、環(huán)境污染等問(wèn)題，難以高值化利用量大、面廣的可再生性的秸稈資源。 一方面，近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)村生活能源結(jié)構(gòu)的變化與集約化生產(chǎn)的發(fā)展，秸稈逐步由一種傳統(tǒng)的做飯、取暖燒柴的原料演變成了一種無(wú)用的負(fù)擔(dān)物。秸稈就地焚燒日趨嚴(yán)重，產(chǎn)生的煙霧己成為一大社會(huì)公害。另一方面，秸稈大量直接還田不現(xiàn)實(shí)，也沒(méi)有必要。因?yàn)檎冀斩捒偭康?5%的秸稈根茬還田，即可以達(dá)到土壤有機(jī)質(zhì)的平衡。我國(guó)人多地少，耕地不能采取輪休耕制，將未經(jīng)處理的干秸稈直接還田，沒(méi)有發(fā)酵處理時(shí)間，沒(méi)腐爛的秸稈不但起不到肥田作用，反而影響作物出苗率。人們正在努力將它轉(zhuǎn)化為各種液態(tài)燃料，如通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)酒精或直接熱解使其轉(zhuǎn)化為生物油，但都沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化。針對(duì)以上情況，本發(fā)明利用豐富廉價(jià)的秸稈資源為原料，通過(guò)油脂微生物固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂，不僅為秸稈資源的充分利用開(kāi)辟了新的途徑，而且大大降低了微生物油脂的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生的微生物油脂可以用作含高不飽和脂肪酸產(chǎn)品的原料，也可用作制造生物柴油的原料，因此本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用汽爆秸稈生產(chǎn)微生物油脂的方法，即汽爆秸稈與 適量的麩皮和水混和，滅菌，再加適量纖維素酶并接入種子液，發(fā)酵7 11天，便產(chǎn) 生了微生物油脂，經(jīng)提取后油脂產(chǎn)率(油脂重量/干底物重量)可達(dá)8%。本發(fā)明為秸稈 資源的充分利用開(kāi)辟了新的途徑，而且大大降低了微生物油脂的生產(chǎn)成本，產(chǎn)生的微 生物油脂可以用作含高不飽和脂肪酸產(chǎn)品的原料，也可用作制造生物柴油的原料。應(yīng) 用本發(fā)明的方法生產(chǎn)微生物油脂，不僅能滿足高不飽和脂肪酸產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，而且 為解決生物柴油生產(chǎn)中油脂供應(yīng)不足這個(gè)瓶頸問(wèn)題提供了有效的辦法。本發(fā)明提供的汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂的方法，其步驟如下 將植物汽爆秸稈與麩皮按重量份配比為4 9:1均勻混合，加水成混合物料，該 混合物料的固液比為2 3:1，在121。C下常規(guī)滅菌40 60分鐘后，接入所述混合 物料重量10 25%的油脂微生物種子液，同時(shí)按10 20FPU/g干底物的量加入纖維 素酶，混和均勻后在25 32"C下發(fā)酵7 11d，將發(fā)酵物烘干，并用有機(jī)溶劑萃取 后得到微生物油脂；所述干底物為所述植物汽爆秸稈與麩皮的重量之和；所述有機(jī) 溶劑為石油醚；所述油脂微生物種子液的制備如下將產(chǎn)油脂菌在PDA液態(tài)培養(yǎng)基中25 30 'C發(fā)酵4 7天后制得；所述產(chǎn)油月旨菌為#ar"ere_/7^、 M/c。r、 Mar。邵aero/ s7'51、賴o歷OjOsi51 、所述植物汽爆秸稈的制備如下將植物秸稈原料在壓力為0.69 - 4.83 MPa的 160 - 260'C的水蒸汽壓力下，處理0.5—20 min，然后連同水蒸汽一起由反應(yīng)器中 瞬間釋放，制得植物汽爆秸稈。所述秸稈為小麥、玉米或水稻秸稈。 本發(fā)明的汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂的方法具有下述優(yōu)點(diǎn) 首先，本發(fā)明開(kāi)辟了秸稈利用的新途徑，我國(guó)每年能產(chǎn)生7億多噸秸稈， 一直 沒(méi)有得到充分的利用，用本發(fā)明的方法將其轉(zhuǎn)化為微生物油脂，不僅能滿足高不飽 和脂肪酸產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，而且為解決生物柴油生產(chǎn)中油脂供應(yīng)不足這個(gè)瓶頸問(wèn)題 提供了有效的辦法；其次，用本發(fā)明的方法生產(chǎn)微生物油脂，成本低廉，使其在市 場(chǎng)上能與動(dòng)、植物油脂相抗衡；再次，本發(fā)明用固態(tài)發(fā)酵的方法生產(chǎn)微生物油脂， 沒(méi)有廢水排放，減少了環(huán)境污染，同時(shí)節(jié)約了水的用量而降低生產(chǎn)成本。


附圖1為使用拉曼被孢霉進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與發(fā)酵溫度 的關(guān)系示意圖；附圖2為使用拉曼被孢霉進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與發(fā)酵時(shí)間 的關(guān)系示意圖；附圖3為使用拉曼被孢霉進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與纖維素酶 的加入量的關(guān)系示意圖；附圖4為使用拉曼被孢霉進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與培養(yǎng)基中 麩皮含量的關(guān)系示意圖；附圖5為使用胞'crospaero/^is進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與發(fā) 酵溫度的關(guān)系示意圖；附圖6為使用始'ci"O鄰aer叩w's進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與發(fā) 酵時(shí)間的關(guān)系示意圖；附圖7為使用#^/^^36/^/^2'1 進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與纖維素酶的加入量的關(guān)系示意圖；附圖8為使用始'c/"o^ae/rpw's進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的油脂產(chǎn)率與培 養(yǎng)基重麩皮含量的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例及附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。 實(shí)施例1小麥秸稈在20(TC的水蒸汽下保溫5min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后與 麩皮混和，其中麩皮的含量為5% 25%，取100g汽爆秸稈與麩皮混和物，加入200ml 水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，121'C滅菌60min，每瓶接入5ml拉曼被孢霉 種子液，同時(shí)分別按5 35FPU/g干底物的量加入纖維素酶，分別在20'C—35°C，分
別培養(yǎng)6d — 12d，烘干發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油醚溶劑在索氏抽提器中80'C回 流6小時(shí),用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到微生物油脂；拉曼被包霉固態(tài)發(fā)酵油脂 產(chǎn)率與發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、纖維素酶的加入量、培養(yǎng)基中麩皮的比例的關(guān)系分別見(jiàn) 圖l、圖2、圖3、圖4;從圖1可以看出發(fā)酵時(shí)間為9天時(shí)油脂的積累己到達(dá)最大值; 從圖2可以看出最佳發(fā)酵溫度為30°C;從圖3可以看出加入的纖維素酶量為15FPU/g 干物料時(shí)，油脂產(chǎn)率接近最高，在增加纖維素酶的添加量時(shí)，油脂上升沒(méi)什么變化， 所以纖維素酶量為15FPU/g干物料為最佳量；從圖4可以看出干底物中麩皮的含量為 15%時(shí)，油脂產(chǎn)率最高。實(shí)施例2玉米秸稈在21(TC的水蒸汽下保溫4min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后 取85g與15g麩皮混和，加入220ml水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，121°C 滅菌50min，每瓶接入4ml拉曼被孢霉種子液，同時(shí)按10FPU/g干底物的量加入纖 維素酶，在3(TC，培養(yǎng)9d，烘干發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油醚溶劑在索氏抽 提器中8(TC回流6小時(shí),用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到微生物油脂7. 8g。實(shí)施例3小麥秸稈在19(TC的水蒸汽下保溫6min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后 與麩皮混和，其中麩皮的含量為5% 25%，取100g汽爆秸稈與麩皮混和物加入210ml 水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，12rC滅菌60min，每瓶接入5ml 必'craspaer砂w's sp,種子液，同時(shí)按5 35FPU/g干底物的量加入纖維素酶，分別 在2(TC—35°C，分別培養(yǎng)6 — 12d，烘干發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油醚溶劑在索 氏抽提器中8(TC回流6小時(shí)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到油脂，共得到微 生物油脂。使用菌株始'crospaero/ s" sp.固態(tài)發(fā)酵油脂產(chǎn)率與發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫培養(yǎng)基中麩皮的比例的關(guān)系分別見(jiàn)圖5、圖6、圖7、圖8。 從圖5可以看出發(fā)酵時(shí)間為9天時(shí)油脂的積累已到達(dá)最大值；從圖6可以看出最佳發(fā) 酵溫度為3(TC;從圖7可以看出加入的纖維素酶量為10FPU/g干物料時(shí)，油脂產(chǎn)率接 近最高，在增加纖維素酶的添加量時(shí)，油脂上升沒(méi)什么變化，所以纖維素酶量為10FPU/g 干物料為最佳量；從圖8可以看出干底物中麩皮的含量為10%時(shí)，油脂產(chǎn)率最高。實(shí)施例4水稻秸稈在20(TC的水蒸汽下保溫5min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后 取80g與20g麩皮混和，加入230ml水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，121°C 滅菌60min，每瓶接入4ml毛霉種子液，同時(shí)按20FPU/g干底物的量加入纖維素酶， 在3(TC，培養(yǎng)9d，烘千發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油醚溶劑在索氏抽提器中80 'C回流6小時(shí)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到微生物油脂7. 4g。實(shí)施例5小麥秸稈在20(TC的水蒸汽下保溫5min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后 取85g與15g麩皮混和，加入200ml水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，121°C 滅菌40min，每瓶接入5ml C印力aJo5r/wri"歷種子液，同時(shí)按15FPU/g千底物的量加 入纖維素酶，在3(TC，培養(yǎng)9d，烘干發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油醚溶劑在索 氏抽提器中8(TC回流6小時(shí)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到微生物油脂7. 7g。實(shí)施例6小麥秸稈在22(TC的水蒸汽下保溫3min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后 取80g與20g麩皮混和，加入200ml水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，121°C 滅菌50min，每瓶接入5ml尸力o范opw's種子液，同時(shí)按15FPU/g干底物的量加入纖維素酶，在3(TC，培養(yǎng)9d，烘干發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油醚溶劑在索氏抽 提器中8(TC回流6小時(shí)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到微生物油脂8. 0g。實(shí)施例7小麥秸稈在18(TC的水蒸汽下保溫6min后從反應(yīng)器中急速放出而爆破，烘干后 取85g與15g麩皮混和，加入230ml水，用20個(gè)300ml的三角瓶平均分裝，121°C 滅菌60min，每瓶接入5mUc7e/m^s"s或yV/g/Y)5po^3種子液，同時(shí)按15FPU/g干 底物的量加入纖維素酶，在3(TC，培養(yǎng)9d，烘干發(fā)酵物；將所得干發(fā)酵物用石油 醚溶劑在索氏抽提器中8(TC回流6小時(shí),用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓去除溶劑，便得到微生 物油脂7.6g。
權(quán)利要求
1、一種汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂的方法，其步驟如下將植物汽爆秸稈與麩皮按重量份配比為4～9∶1均勻混合，加水成混合物料，該混合物料的固液比為2～3∶1，在121℃下常規(guī)滅菌40～60分鐘后，接入所述混合物料重量10～25％的油脂微生物種子液，同時(shí)按10～20FPU/g干底物的量加入纖維素酶，混和均勻后在25～32℃下發(fā)酵7～11d，將發(fā)酵物烘干，并用有機(jī)溶劑萃取后得到微生物油脂；所述干底物為所述植物汽爆秸稈與麩皮的重量之和；所述有機(jī)溶劑為石油醚；所述油脂微生物種子液的制備如下將產(chǎn)油脂菌在PDA液態(tài)培養(yǎng)基中25～30℃發(fā)酵4～7天后制得；所述產(chǎn)油脂菌為Mortierella、Mucor、Microspaeropsis、Phomopsis、Cephalosporium、Sclerocystis或Nigrospora。
2、 按權(quán)利要求1所述的汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂的方法，其特征在 于，所述植物汽爆秸稈的制備如下將植物秸稈原料在壓力為0.69 - 4.83 MPa的 160 - 26(TC的水蒸汽壓力下，處理0.5—20 min，然后連同水蒸汽一起由反應(yīng)器中 瞬間釋放，制得植物汽爆秸稈。
3、 按權(quán)利要求1或2所述的汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵制備微生物油脂的方法，其特 征在于，所述秸稈為小麥、玉米或水稻秸稈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用汽爆秸稈固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂的方法將汽爆秸稈與麩皮按重量份配比混合，加入水使固液比為2～3∶1，在121℃下常規(guī)滅菌40～60分鐘后，接入1油脂微生物種子液和纖維素酶，混和均勻后在25～32℃下發(fā)酵7～11d，將發(fā)酵物烘干，用有機(jī)溶劑萃取后的到微生物油脂。油脂產(chǎn)率為6～8％，即1kg汽爆秸稈能產(chǎn)生60～80g油脂。秸稈中纖維素的利用率為75～85％。本發(fā)明開(kāi)辟了秸稈利用的新途徑，所得微生物油脂，不僅能滿足高不飽和脂肪酸產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，可解決生物柴油生產(chǎn)中油脂供應(yīng)不足的問(wèn)題，用本發(fā)明方法生產(chǎn)微生物油脂，成本低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12P7/64GK101148682SQ20061011320
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者彭小偉, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所