蟲擬蠟菌降解秸稈木質素的方法
【專利摘要】本發明蟲擬蠟菌降解秸稈木質素的方法，涉及生物工程領域。涉及利用蟲擬蠟菌為出發菌株，通過固態發酵，降解秸稈木質素的方法，其生產工藝流程是秸稈經過粉碎、預濕等預處理工藝，蟲擬蠟菌經過液體搖瓶培養、一級種子培養、與秸稈混合進行固態發酵，降解秸稈中的木質素。此發酵工藝簡便，不會對環境造成污染，也不會對資源造成浪費。采用此方法木質素降解率為70～96%，降解木質素后的秸稈可用于制備燃料乙醇。
【專利說明】蟲擬蠟菌降解秸稈木質素的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物工程領域，特指秸桿通過蟲擬蠟菌降解秸桿中的木質素的工藝流 程。
【背景技術】
[0002] 能源是人類社會賴以生存和實現可持續發展的動力，目前世界上使用的80%的能 源為不可再生的化石燃料，可這些燃料資源有限，遲早會枯竭殆盡，另外人類在使用化石燃 料也向大氣中散發出大量的二氧化碳和二氧化硫氣體，使全球氣候變暖。生物質能源是化 石能源的替代品，它具有化石能源無法取代的優越性，即生物質能源屬于清潔能源，資源不 受限制，因此開發生物質能源是解決能源危機的關鍵舉措。
[0003] 我國是農業大國，每年農作物秸桿年產逾6億噸，除少量被用作紡織、造紙行業， 但大部分以堆積、焚燒的形式傾入環境，既浪費了資源也給環境造成了極大地危害。植物的 秸桿主要有木質素和纖維素構成。木質素是一類由苯酚和非苯酚結構單元通過醚鍵和碳 碳鍵等連接而成的具有芳香族特性的天然聚合物，其在組分種類和連接鍵類型方面的多樣 性，意味著其結構的異質性與不規則性，也決定了對木質素進行生物降解的復雜性和特殊 性，且其在植物細胞壁中與半纖維素以共價鍵形式結合后，將纖維素分子包埋在其中，形成 堅固的天然屏障，使一般的微生物很難進入其中分解纖維素，因此，木質素的降解也是能否 有效利用秸桿纖維的關鍵因素。
[0004] 目前降解秸桿的主要方法中有代表性的包括蒸汽汽爆預處理、硫酸預處理、氫氧 化鈉預處理、氨水預處理和生物預處理等5種方法。蒸汽汽爆則是以高壓蒸汽滲入纖維內 部，以氣流的方式從封閉的空隙中釋放出來，纖維發生一定的機械斷裂，使原料中大部分半 纖維素和少量木質素、纖維素降解溶出，該方法成分較高，需要大型的設備，木質素還需要 處理；酸處理法是利用硫酸水解糖苷鍵、酯鍵等，使玉米秸桿纖維的網狀結構疏松，但是該 方法耗用大量的有機酸或無機酸，木質素仍需要進一步處理，不適應大規模的工業化生產。 堿處理和氨水處理是利用木質素溶于堿性溶液，與酸處理一樣同樣存在環境污染問題。這 由于些方法普遍都存在反應條件較難掌握、反應溫度高、處理時間長、占用空間大、處理效 果不理想，不能去除木質纖維素等問題。
【發明內容】
[0005] 本發明人經過深入的研究，摸索出一種以蟲擬蠟菌為出發菌株，通過固體培養降 解秸桿中的木質素的工藝，包括以蟲擬蠟菌為出發菌株，
[0006] 進行試管擴大培養、液體搖瓶培養、一級種子培養和固體發酵培養，降解結桿中的 木質素。
[0007] 本發明所用的菌種是蟲擬蠟菌任何一種菌種，如中國普通微生物菌種保藏管理中 心（CCGMC)、中國農業微生物菌種保藏管理中心（ACCC)等等保藏的菌種。
[0008] 本發明所使用的原料是任意一種秸桿，如玉米秸桿、稻草秸桿、麥秸桿、高粱秸桿、 大豆秸桿、棉花秸桿等等所有含有木質素的農作物秸桿，秸桿首先經過粉碎，過20?100目 的篩。
[0009] 本發明所述的發酵工藝中，其試管擴大培養基為馬鈴薯蔗糖培養基。
[0010] 本發明所述的發酵工藝中，其液體搖瓶培養基和一級種子培養基均為（克/升):玉 米芯粉5?30,酒石酸銨0. 1?5,苯甲醇0. 2?3,硫酸鎂0. 2?1，吐溫800. 5?10,磷酸 二氫鉀2?9,鄰苯二甲酸3?18, pH5?8,120?140°C滅菌20?40分鐘；
[0011] 其中所述的搖瓶培養工藝條件為，接種一環蟲擬蠟菌于裝有16?48%(體積比)培 養基的三角瓶中，在轉速：150轉/分，30?50°C，培養24?72小時；
[0012] 其中所述的一級種子培養工藝為，按1?20% (體積比）的接種量將搖瓶培養種子 液接種到一級種子培養基中，在溫度30?50°C，攪拌轉速50?200轉/分，通氣量0. 2? 2 :1體積/體積/分鐘(通氣氣體體積/發酵液體積/分鐘)，培養18?72小時；
[0013] 本發明所述的固體發酵培養中，其固體發酵培養基組成為：秸桿10千克，水20? 60千克，葡萄糖0. 5?3千克，尿素0. 05?0. 2千克；硫酸銅5?15克，硫酸亞鐵5?15 克，硫酸錳5?20克，該培養基各成分可以按同等此比例放大；
[0014] 其中所述的固體發酵培養發酵工藝為：按2?20% (種子液體積/發酵培養基重 量)，培養料厚度為〇. 5?0. 8米，料寬0. 5?2米，長度不限，通氣量為0. 3?1. 5 :1(氣體 體積/發酵培養基重量）/分鐘，培養時間為3?23天，中途翻料1?2次。
[0015] 在本發明所述的發酵工藝中，在進行搖瓶培養之前，首先將蟲擬蠟菌菌種接入新 配置的馬鈴薯蔗糖培養基中進行培養，培養溫度30?50°C，培養時間48?144小時；4? 10 °C保存備用。
[0016] 由本發明獲得秸桿發酵物含有大量的白色蟲擬蠟菌孢子，發酵物色質淺褐色至褐 色，具有酒香味，木質素降解率為70 - 96%。
[0017] 根據本發明所述的發酵培養工藝，結合本領域的基本知識，可以根據生產需要，增 加二級、三級甚至四級種子罐，進一步擴大固態發酵生產規模，以進行工業化生產。二級、三 級甚至四級種子罐采用的培養基與搖瓶培養基和一級種子培養基相同，接種量為5?20%， 培養條件同于一級種子培養。
[0018] 采用此工藝的優點采用固態發酵，并且不經高溫高壓處理，這樣不會給環境造成 污染，也不會浪費資源。
[0019] 為了進一步闡述本發明的技術方案所涉及的材料及工藝，給出了以下實施例，但 是這些實施例不以任何形式限制本發明的范圍。
【具體實施方式】
[0020] 根據此工藝，木質素測定采用下列方法：稱取樣品100mg置于15mL反應瓶中，力口 入3mL72% H2S04,25°C水解3h，并不斷震蕩，水解產物轉入三角瓶中，加190mL超純H 20于 121°C反應lh，冷卻，用已恒重（W 1)的砂芯坩鍋抽濾，濾渣用200mL熱水反復洗滌，濾渣 105°C烘至恒重，稱得重量(W2)并計算酸不溶性木質素含量（W 2 -W 1)/ W。濾液補至 500mL，在205nm波長下測濾液的吸光度。當樣品溶液的吸光度（A)在0. 2?0. 7之間時， 根據公式（1)，計算得酸溶性木質素含量P(mg/g)。每個樣品重復6次，取平均值。X
[0021]
【權利要求】
1. 蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于按照下述步驟進行：以蟲擬蠟菌為出 發菌株，通過固態發酵，降解秸桿木質素的工藝，包括以蟲擬蠟菌菌種，進行試管擴大培養、 液體搖瓶培養、一級種子培養和固體發酵培養，得到降解木質素的秸桿。
2. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于所用的菌種是 蟲擬蠟菌任何一種菌種，如中國普通微生物菌種保藏管理中心（CCGMC)、中國農業微生物菌 種保藏管理中心（ACCC)、等等保藏的菌種。
3. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于所使用的原料 是任意一種秸桿，如玉米秸桿、稻草秸桿、麥秸桿、高粱秸桿、大豆秸桿、棉花秸桿等等所有 含有木質素的農作物秸桿，秸桿首先經過粉碎，過20?100目的篩。
4. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解木質素秸桿的方法，其特征在于所述的發酵工 藝中，其試管擴大培養基為馬鈴薯蔗糖培養基。
5. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于所述的發酵工 藝中，其液體搖瓶培養基和一級種子培養基均為克/升：玉米芯粉5?30,酒石酸銨0. 1? 5,苯甲醇0. 2?3,硫酸鎂0. 2?1，吐溫800. 5?10,磷酸二氫鉀2?9,鄰苯二甲酸3? 18, pH5?8,120?140°C滅菌20?40分鐘。
6. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于其中所述的搖 瓶培養工藝條件為，接種一環蟲擬蠟菌試管斜面孢子于裝有體積比16?48%培養基的三角 瓶中，在轉速：150轉/分，30?50°C，培養24?72小時。
7. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于其中所述的一 級種子培養工藝為，按體積比1?20%的接種量將搖瓶培養種子液接種到一級種子培養基 中，在溫度30?50°C，攪拌轉速50?200轉/分，通氣量0. 2?2 :1體積/體積/分鐘(通 氣氣體體積/發酵液體積/分鐘)，培養18?72小時。
8. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于所述的固體發 酵培養中，其固體發酵培養基組成為：秸桿10千克，水20?60千克，葡萄糖0.5?3千克， 尿素0. 05?0. 2千克；硫酸銅5?15克，硫酸亞鐵5?15克，硫酸錳5?20克，該培養基 各成分可以按同等此比例放大。
9. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于其中所述的固 體發酵培養發酵工藝為：按種子液體積/發酵培養基重量的2?20%，培養料厚度為0. 5? 0. 8米，料寬0. 5?2米，長度不限，通氣量為0. 3?1. 5 :1 (氣體體積/發酵培養基重量)/ 分鐘，培養時間為3天?23天，中途翻料1?2次，獲得降解木質素的秸桿發酵物，該發酵 物具有酒香味，色質淺褐素至褐色。
10. 根據權利要求1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于在本發明所 述的發酵工藝中，在進行搖瓶培養之前，首先將蟲擬蠟菌菌種接入新配置的馬鈴薯蔗糖培 養基中進行培養，培養溫度30?50°C，培養時間48?144小時；4?10°C保存備用。
11. 根據權利要求書1所述的蟲擬蠟菌降解秸桿木質素的方法，其特征在于本發明所 得到的發酵物可添加適量的纖維素酶和酵母發酵制備燃料乙醇。
【文檔編號】C12P19/14GK104060490SQ201310089168
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月20日 優先權日:2013年3月20日
【發明者】高蘇杰, 吳毅, 趙鵬翔, 趙承宇, 李強, 趙正凱 申請人:國家電網公司, 國網新源控股有限公司北京非糧醇電聯產技術研發中心