CN101148630B - 汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法 - Google Patents

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本发明涉及的汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，步骤如下：将汽爆后秸秆用水浸泡过滤得到汽爆秸秆的半纤维素水解液；再将得到的半纤维素水解液灭菌后，接入1～5％(v/v)油脂微生物种子液，在25～32℃下发酵5～8d，将得到的菌丝体过滤烘干，再用有机溶剂萃取，便得到本发明的微生物油脂；本发明解决了汽爆秸秆中半纤维素降解产物利用问题，得到的微生物油脂可用作含高不饱和脂肪酸产品原料，制造生物柴油原料，秸秆利用价值可增加20～40％；而且秸秆属可再生资源，价格低廉，生产微生物油脂生产成本低廉。

Description

汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法
技术领域
本发明属于微生物发酵领域，特别涉及一种汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和人们环境意识的不断增强，各种可再生资源越来越受到重视，其中生物质资源是唯一可以转化成能源产品和各种化工产品的可再生资源，我国秸秆生物质资源非常丰富，每年可产生7亿吨以上。由于植物秸秆细胞壁结构非常紧密，在纤维素、半纤维素和木质素分子之间存在着不同的结合力。纤维素和半纤维素或木质素分子之间的结合主要依赖于氢键；半纤维素和木质素之间除氢键外，还存在着化学键的结合，致使天然纤维原料组分分离和利用困难。国内外从不同学科角度进行了比较全面的研究。已经产业化的造纸工业、化纤工业等是以“单一组分”的物质为对象开发，浪费了资源，污染了环境。大多秸秆等木质纤维素资源的开发利用至今未能在技术经济和环境方面获得具有竞争力的突破。汽爆技术的应用使秸秆的利用效率大大提高，即将秸秆原料先用160-260℃的水蒸汽(相对应的压力为0.69-4.83MPa)处理适当时间(0.5—20min)，然后连同水蒸汽一起从反应器中急速放出而爆破，使得半纤维素分解为溶于水的低聚物，主要为木糖和低聚木糖。因木质素，半纤维素结合层被破坏，使得纤维素易于被降解利用。
秸秆经汽爆后，目前人们都关注其中纤维素的利用，用酶解或同步糖化发酵将纤维素转化成其他有用的产品。而对秸秆中含量为10～30％的半纤维素(分解后可得到木糖或低聚木糖等)没有得到有效利用；为了除去在汽爆过程中产生了一些抑制纤维素酶活性和微生物生长的物质，有时将汽爆秸秆水洗后再利用，水洗液直接排放到环境，不仅造成了环境污染，而且白白浪费了秸秆中的半纤维素。
微生物油脂是很有价值的产品，其中的多不饱和脂肪酸，如花生四烯酸、亚麻酸等有促进幼儿大脑发育和抗癌等作用，市场需求非常广阔，另外，随着我国经济的高速发展，石油的需求量也急剧上升，但我国石油储备量非常有限，大部分依靠进口，而传统能源对我国环境带来的污染日趋严重。在这样的双重压力下，我国正在加快高效清洁的生物柴油产业化进程。生物柴油的生产方法是将油脂与甲醇在酸或碱性催化剂或转酯酶的作用下进行转酯化反应，生产脂肪酸甲酯即为生物柴油，制约生物柴油生产的瓶颈问题是原材料油脂供应严重不足，我国目前油脂产量还远远不能足满需求，需要大量的油脂进口，而且没有富余的土地来种植油脂植物，所以大力生产微生物油脂是解决生物柴油生产中油脂不足这个瓶颈问题的必然方法。目前微生物油脂主要是用粮食或糖蜜通过液态发酵来生产，生产成本高昂，所以寻找新的发酵方法和丰富而廉价的发酵原料来生产微生物油脂势在必行。
针对以上情况，本发明利用丰富而廉价的秸秆资源，用汽爆的方法将秸秆中半纤维素降解为的可溶性的糖，再用它作为产油脂微生物的发酵底物生产微生物油脂，这样不仅使得秸秆中的半纤维素组分在汽爆后的降解物的得到充分利用，而且微生物油脂的生产成本将大大降低。产生的微生物油脂可以用作含高不饱和脂肪酸产品的原料，也可用作制造生物柴油的原料。大大增加了秸秆的利用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，即秸秆在汽爆过程中其主要成分之一——半纤维素被水解，用一定量的水把它洗涤出来，过滤所得含有大量木糖或低聚木糖的洗涤液用作生产微生物油脂的发酵底物生产微生物油脂。本发明解决了汽爆秸秆中半纤维素降解产物的利用问题，产生的微生物油脂可以用作含高不饱和脂肪酸产品的原料，也可用作制造生物柴油的原料，使秸秆的利用价值增加了20～40％；其次，秸秆是可再生资源，取之不尽用之不竭，且价格低廉，所以用它来生产微生物油脂不仅能大量生产满足市场需求，而且降低了生产成本
本发明的技术方案如下：
本发明提供的汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，其步骤如下：
1)汽爆秸秆的半纤维素水解液的制备
将秸秆原料用160-260℃的水蒸汽，在压力为0.69-4.83MPa条件下处理0.5—20min，然后连同水蒸汽—起从反应器中急速释放爆破，得汽爆秸秆料；
再将汽爆秸秆料用重量为其干重的5～15倍的水浸泡10～60min，过滤得到汽爆秸秆的半纤维素水解液，该半纤维素液被水解含可溶性糖，用作油脂微生物的发酵底物；
2)以秸秆汽爆半纤维素水解液作发酵底物发酵生产微生物油脂
将步骤1)得到的汽爆秸秆半纤维素水解液在121℃下常规灭菌20min后，接入1～5％(v/v)油脂微生物种子液，在25～32℃下发酵5～8d，将得到的菌丝体过滤烘干，再用有机溶剂萃取，便得到微生物油脂；菌丝内油脂含量为30～50％，1L汽爆秸秆料的半纤维素水解液能产生4～10g油脂，按汽爆秸秆计算，每公斤干秸秆可产30～60g油脂；
所述油脂微生物种子液的制备为：将产油脂菌株在PDA液态培养基中25～30℃发酵3～7天后制得；
所述的产油微生物为霉菌油脂高产菌或酵母油脂高产菌；所述霉菌油脂高产菌为Mortierella、Mucor，Microspaeropsis，Phomopsis，Cephalosporium，Sclerocystis或Nigrospora；所述酵母油脂高产菌为有红酵母Rhodotorha、隐球酵母Crytococcus、假丝酵母Candida或油脂酵母Lipomyces。
所述的秸秆为小麦、玉米或水稻秸秆。
所述的秸秆汽爆半纤维素水解液可先加氢氧化钾或氢氧化钠达中和后再发酵，以提高油脂产量。
本发明的汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，具有下述优点：首先，本发明解决了秸秆汽爆后半纤维素降解产物的利用问题，用它来生产微生物油脂，使汽爆秸秆的利用价值增加了20～40％；其次，秸秆是可再生资源，取之不尽用之不竭，且价格低廉，所以用它来生产微生物油脂不仅能大量生产满足市场需求，而且降低了生产成本，使其在市场上能与动、植物油脂相抗衡。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1
取200g小麦秸秆在200℃的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速释放而爆破，用1L自来水浸泡30min，过滤得到1L汽爆麦草的半纤维素水解液，用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌20min，每瓶接入5ml拉曼被孢霉种子液，在30℃，200r/min摇床培养7d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中80℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂8.9g。
实施例2
取200g玉米秸秆在220℃的水蒸汽下保温4min后从反应器中急速释放而爆破，用1L自来水浸泡30min，过滤得到1升汽爆玉米秸秆的半纤维素水解液，用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌20min，每瓶接入5ml Microspaeropsissp.种子液，在30℃，200r/min摇床培养6d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中85℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂7.6g。
实施例3
取200g小麦秸秆在200℃的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，用1L自来水浸泡30min，过滤得到1升汽爆麦草的半纤维素水解液，用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌20min，每瓶接入5ml毛霉种子液，在30℃，200r/min摇床培养7d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中85℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂8.4g。
实施例4
取200g水稻秸秆在220℃的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，用1L自来水浸泡20min，过滤得到1L汽爆稻草的半纤维素水解液，用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌30min，每瓶接入5ml拉曼被孢霉种子液，在30℃，200r/min摇床培养8d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中85℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂7.8g。
实施例5
取200g小麦秸秆在200℃的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，用1L自来水浸泡30min，过滤得到1升汽爆麦草的半纤维素水解液，用氢氧化钠溶液中和至pH为7.0后，再用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌20min，每瓶接入5ml拉曼被孢霉种子液，在30℃，200r/min摇床培养7d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中80℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂9.8g。
实施例6
取200干燥的水稻秸秆，在210℃的水蒸汽下保温7min后从反应器中急速放出而爆破，用1L自来水浸泡30min，过滤得到1升汽爆稻草的半纤维素水解液，用氢氧化钾溶液中和至pH为7.0后，再用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌20min，每瓶接入5ml Microspaeropsis sp.种子液，在30℃，200r/min摇床培养7d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中80℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂9.6g。
实施例7
取200g小麦秸秆在200℃的水蒸汽下保温5min后从反应器中急速放出而爆破，用1L自来水浸泡30min，过滤得到1升汽爆麦草的半纤维素水解液，用10个500ml的三角瓶分装，每瓶100ml，121℃灭菌20min，每瓶接入5ml红酵母种子液，在30℃，200r/min摇床培养5d，收集菌丝体并用水充分洗涤后，烘干得干菌体；将所得干菌体用体积比为2：1的氯仿和甲醇组成的过量混合溶剂在索氏抽提器中80℃回流6小时，用旋转蒸发仪减压去除溶剂，便得到油脂，共得到油脂7.4g。

Claims (3)

1.一种汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，其步骤如下：
1)汽爆秸秆的半纤维素水解液的制备
将汽爆后秸秆用重量为其干重的5～15倍的水浸泡10～60min，过滤得到汽爆秸秆的半纤维素水解液，用作油脂微生物的发酵底物；
2)以秸秆汽爆半纤维素水解液作发酵底物发酵生产微生物油脂
将步骤1)得到的汽爆秸秆半纤维素水解液在121℃下常规灭菌20min后，接入1～5％(v/v)油脂微生物种子液，在25～32℃下发酵5～8d，将得到的菌丝体过滤烘干，再用有机溶剂萃取，便得到微生物油脂；
所述油脂微生物种子液的制备为：将产油脂菌株在PDA液态培养基中25～30℃发酵3～7天后制得；
所述的产油微生物为霉菌油脂高产菌或酵母油脂高产菌；
所述霉菌油脂高产菌为Microspaeropsis，Phomopsis，Cephalosporium，Sclerocystis或Nigrospora；
所述酵母油脂高产菌为有红酵母Rhodotorha或隐球酵母Crytococcus。
2.按权利要求1所述的汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，其特征在于，所述的秸秆为小麦、玉米或水稻秸秆。
3.按权利要求1所述的汽爆秸秆半纤维素水解液发酵制备微生物油脂的方法，其特征在于，所述的秸秆汽爆半纤维素水解液先加氢氧化钾或氢氧化钠达中和后再发酵。
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