專利名稱：利用小麥麩皮發(fā)酵生產(chǎn)丙酮-丁醇-乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及丙酮-丁醇-乙醇混合物的制備，特別是涉及一種利用小麥麩皮為原料發(fā)酵生產(chǎn)丙酮-丁醇-乙醇的方法。
背景技術(shù)：
丙酮、丁醇和乙醇都是重要的有機(jī)溶劑和化工原料，廣泛應(yīng)用于噴漆、炸藥、塑料、制藥、植物抽提取及有機(jī)玻璃、合成橡膠等工業(yè)。丙酮可作為制造醋酸纖維素膠片薄膜、塑料和涂料的溶劑，又可用于生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯(MMA)、雙酚A、醇醛縮合物等化工產(chǎn)品。丁醇是新一代的生物燃料，與現(xiàn)有的生物燃料相比，丁醇與汽油的混合比更高，無需對(duì)車輛進(jìn) 行改造，同時(shí)具有顯著的環(huán)境效益，能降低溫室氣體的排放，因此，丁醇在未來的運(yùn)輸燃料結(jié)構(gòu)中將會(huì)占有重要的比重。乙醇是良好的有機(jī)溶劑和消毒劑，其殺菌作用較快，消毒效果可靠，對(duì)人刺激性小，無毒，對(duì)物品無損害，多用于皮膚消毒以及醫(yī)療器械臨床的消毒。在二戰(zhàn)時(shí)期，丙酮-丁醇-乙醇(Acetone-Butanol-Ethanol,以下簡(jiǎn)稱ABE)主要是利用糧食發(fā)酵生產(chǎn)，所用菌種主要是梭菌，按ABE比例不同分為3:6:1傳統(tǒng)梭菌和2:7:1高丁醇比梭菌，所得溶劑總量約20g/L。所用原料主要是玉米、糖蜜以及玉米和高粱、紅薯等混合物。發(fā)酵法生產(chǎn)ABE —直持續(xù)到80年代末90年代初,此后被日益成熟、成本低廉的石油化工法所取代。近年來隨著石油資源的日趨減少和環(huán)境問題的不斷惡化，利用可再生資源微生物發(fā)酵生產(chǎn)ABE重新引起各國的普遍關(guān)注，用玉米等糧食為原料發(fā)酵ABE，不僅生產(chǎn)成本高，而且也挑戰(zhàn)糧食安全戰(zhàn)略，因此研究人員開始利用非糧淀粉質(zhì)原料發(fā)酵，在一定程度上降低了 ABE原料成本；另外利用秸桿類生物質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)ABE也在同步研究中，但秸桿類原料的預(yù)處理技術(shù)難度大，產(chǎn)業(yè)化周期長(zhǎng)。因此，如何在現(xiàn)階段大力發(fā)掘廉價(jià)、技術(shù)上可行的糧食替代原料來進(jìn)行ABE生產(chǎn)，對(duì)提高ABE發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用具有重要意義。小麥麩皮是小麥粉碎生產(chǎn)面粉過程中的副產(chǎn)品，其中殘留淀粉含量約25%，蛋白含量約15-20%，纖維素含量約10%，半纖維素約15%，木質(zhì)素約3%，目前小麥麩皮主要用于生產(chǎn)飼料，但是小麥麩皮中的淀粉等碳水化合物沒有得到充分利用。如果將小麥麩皮中的殘留淀粉等碳水化合物先用于ABE的發(fā)酵，發(fā)酵殘?jiān)儆米黠暳霞庸?，這樣既為ABE的生產(chǎn)提供了一種新的原料，同時(shí)又提高了小麥麩皮的利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用小麥麩皮發(fā)酵生產(chǎn)丙酮-丁醇-乙醇的方法，它可以降低生產(chǎn)成本，并可以提高小麥麩皮的利用率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的利用小麥麩皮發(fā)酵生產(chǎn)丙酮-丁醇-乙醇的方法，包括如下步驟I)以小麥麩皮或小麥麩皮與其它非糧淀粉質(zhì)的混合物為發(fā)酵原料，按照1:5 1:8的料液比加水混合，配制成總糖濃度為5. O 7. 0% (w/v)的發(fā)酵培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH值至
5.5 7. 5，在110 135°C下蒸煮O. 5 I. 5小時(shí)，冷卻至37 40°C ;所述發(fā)酵原料的用量根據(jù)小麥麩皮中的淀粉含量和發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖濃度確定；2)接丙酮-丁醇-乙醇菌種，在36 38 °C下發(fā)酵40 50小時(shí)；3)發(fā)酵液過濾，蒸餾， 得到丙酮-丁醇-乙醇混合物。所述其它非糧淀粉質(zhì)包括木薯、紅薯、馬鈴薯中的一種或幾種混合物。所述發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖濃度優(yōu)選6. O 7. 0% (w/v)。所述料液比可以是1:6或1:7。所述pH值可以是6. 0、6· 5或7. O。所述丙酮-丁醇-乙醇菌種可以采用CICC8016、CICC8008、CICC8011、CICC8012 或CICC8017菌株(購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心)。本發(fā)明利用小麥麩皮中的殘留淀粉等碳水化合物進(jìn)行ABE發(fā)酵，為ABE的生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的新途徑，同時(shí)，發(fā)酵殘?jiān)脑倮眠€提高了小麥麩皮的利用率和附加值，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I的技術(shù)路線示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2、3、4的技術(shù)路線示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I以小麥麩皮為原料直接蒸煮發(fā)酵生產(chǎn)ABE稱取37. 5克小麥麩皮(淀粉含量21. 6%)，加150ml水配制成糖濃度6. 0% (w/V)的發(fā)酵培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH值至5. 5，共三組平行樣，115°C蒸煮I. 5小時(shí)，冷卻至36°C，接CICC8016菌種(購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心)發(fā)酵，發(fā)酵溫度在36°C，發(fā)酵周期50小時(shí)。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液12000r/min離心5分鐘，取出后用氣相色譜測(cè)定丙酮、丁醇、乙醇的含量，溶劑測(cè)定結(jié)果如表I。表I以小麥麩皮為原料發(fā)酵生產(chǎn)ABE的結(jié)果
項(xiàng)I丨丙_(8/'丨,)乙醇1 幾)T醇(Κ/U總?cè)軇?g/U
小変麩皮6.671.7713.0921.53
小: 麩皮6.611.6613.2021.47
小麥麩皮6.66I. 913.2H21.63從表I中的結(jié)果可以看出，僅利用小麥麩皮中的殘留淀粉，可以直接利用麩皮作為發(fā)酵原料生產(chǎn)ABE，總?cè)軇┊a(chǎn)量為21g/L，ABE發(fā)酵結(jié)果可以達(dá)到玉米原料發(fā)酵水平20g/L0實(shí)施例2小麥麩皮和馬鈴薯粉混合發(fā)酵生產(chǎn)ABE
稱取麩皮A 30g (淀粉含量18. 8%)、麩皮B 30g (淀粉含量15. 6%)、麩皮C 30g (淀粉含量14. 1%)，分別加入3. 8g、5. 3g、6. Og的馬鈴薯粉(淀粉含量65%)，按照固液比1:5的比例加水混合，配制成總糖濃度6. 0%(w/v)的發(fā)酵培養(yǎng)基,調(diào)節(jié)pH值至6. 0,121°C蒸煮I小時(shí)，冷卻至37°C，接CICC8016菌種發(fā)酵，發(fā)酵溫度在37°C，發(fā)酵周期48小時(shí)。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液12000r/min離心5分鐘，取出后用氣相色譜測(cè)定丙酮、丁醇、乙醇的含量，溶劑測(cè)定結(jié)果如表2所示。表2小麥麩皮和馬鈴薯粉混合物發(fā)酵生產(chǎn)ABE結(jié)果
項(xiàng)丨-IW_(k/L)乙丨.) 丫醇(g/L) 總?cè)軇?K/1,)
麩皮 Λ+Η鈴雋粉 6. 96I. 5213. 2921.77
麩皮丨H iJi鈴與粉 7. 38I. 3 12. 8321.56
麩皮 C+馬鈴曹粉 6.651.211.2319.08從表2中結(jié)果可以看出，本實(shí)施例選擇的3種殘留淀粉含量低于20%的麩皮，添加部分馬鈴薯粉蒸煮后作為發(fā)酵原料，ABE發(fā)酵結(jié)果同樣可以達(dá)到玉米原料發(fā)酵水平20g/L。實(shí)施例3小麥麩皮和紅薯粉混合發(fā)酵稱取麩皮A 30g (淀粉含量18. 8%)、麩皮B 30g (淀粉含量15. 6%)、麩皮C 30g (淀粉含量14. 1%)，分別加入7. 6g、9. 7g、10. 3g的紅薯粉(淀粉含量67%)，按照固液比1:6的比例加水混合配制成總糖濃度6. 5%(w/v)的發(fā)酵培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH值至7. 0，130°C蒸煮O. 5小時(shí)，冷卻至38°C，接CICC8008菌種(購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心)發(fā)酵，發(fā)酵溫度在38°C，發(fā)酵周期40小時(shí)。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液12000r/min離心5分鐘，取出后用氣相色譜測(cè)定丙酮、丁醇、乙醇的含量，溶劑測(cè)定結(jié)果如表3。表3小麥麩皮和紅薯粉混合發(fā)酵生產(chǎn)ABE結(jié)果
項(xiàng)口丙 B(g/L) 乙醇(g:1.) 丁醇(g/L)總?cè)躥j(g/L)
麩皮 A+紅薯粉 6.941.4212.9421.30
麩皮 B+紅—舊粉 7.22I. 1912.8121.22
麩皮 C+紅-磐粉 7.511.6313.6022.74從表3中結(jié)果可以看出，本實(shí)施例選擇的3種殘留淀粉含量低于20%的麩皮，添加部分紅薯粉蒸煮后作為發(fā)酵原料，ABE發(fā)酵結(jié)果同樣可以達(dá)到玉米原料發(fā)酵水平20g/L。實(shí)施例4小麥麩皮和木薯粉的混合發(fā)酵稱取麩皮A 30g (淀粉含量18. 8%)、麩皮B 30g (淀粉含量15. 6%)、麩皮C 30g (淀粉含量14. 1%)，分別加入15. 5g、16. 8g、17. 4g的木薯粉(淀粉含量66%)，按照固液比1:8的比例加水混合配制成總糖濃度7. 0%(w/v)的發(fā)酵培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH值至7. 5，135°C蒸煮O. 5小時(shí)，冷卻至38°C，接CICC8016菌種發(fā)酵，發(fā)酵溫度在38°C，發(fā)酵周期40小時(shí)。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液12000轉(zhuǎn)/分鐘，離心5分鐘，取出后用氣相色譜測(cè)定丙酮、丁醇、乙醇的含量，溶劑測(cè)定結(jié)果如表4。表4小麥麩皮和木薯粉混合發(fā)酵生產(chǎn)ABE結(jié)果
權(quán)利要求
1.利用小麥麩皮發(fā)酵生產(chǎn)丙酮-丁醇-乙醇的方法，其特征在于，包括如下步驟 O以小麥麩皮或小麥麩皮與其它非糧淀粉質(zhì)的混合物為發(fā)酵原料，按照1:5 1:8的料液比加水混合，配制成總糖濃度為5. O 7. 0% (w/v)的發(fā)酵培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH值至5. 5 7. 5，在110 135°C下蒸煮O. 5 I. 5小時(shí)，冷卻至37 40°C ;所述發(fā)酵原料的用量根據(jù)小麥麩皮中的淀粉含量和發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖濃度確定； 2)接丙酮-丁醇-乙醇菌種，在36 38°C下發(fā)酵40 50小時(shí)； 3)發(fā)酵液過濾，蒸餾，得到丙酮-丁醇-乙醇混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述其它非糧淀粉質(zhì)包括木薯、紅薯、馬鈴薯中的一種或幾種混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖濃度為6.O 7. 0% (w/v)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖濃度為6.5% (w/V)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟1)，所述料液比為1:6或1:7。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟1)，所述pH值為6.0,6. 5或7. O。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟1)，蒸煮溫度為115°C、121°C或130。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I)，蒸煮時(shí)間為I. O小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2)，發(fā)酵溫度為37°C，發(fā)酵周期為48小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2)，所述丙酮-丁醇-乙醇菌種為CICC8016、CICC8008、CICC8011、CICC8012 或 CICC8017 菌株。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用小麥麩皮發(fā)酵生產(chǎn)丙酮-丁醇-乙醇的方法，包括步驟1)發(fā)酵原料預(yù)處理；2)接丙酮-丁醇-乙醇菌種發(fā)酵；3)發(fā)酵液過濾，蒸餾，得到丙酮-丁醇-乙醇產(chǎn)品。本發(fā)明利用小麥麩皮中殘留的淀粉等碳水化合物進(jìn)行ABE發(fā)酵，不僅為ABE的生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的新途徑，而且還提高了小麥麩皮的利用率和附加值，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C12P7/28GK102653777SQ20121013992
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者劉莉, 史吉平, 姜標(biāo), 孫俊松, 林增祥, 柳鵬福 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院