CN103014075B - 利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇 - Google Patents

利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇 Download PDF

Info

Publication number
CN103014075B
CN103014075B CN201210360637.2A CN201210360637A CN103014075B CN 103014075 B CN103014075 B CN 103014075B CN 201210360637 A CN201210360637 A CN 201210360637A CN 103014075 B CN103014075 B CN 103014075B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fermentation
butanediol
ctcc
subtilis
glycerine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210360637.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103014075A (zh
Inventor
饶志明
杨套伟
张显
徐美娟
满在伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangnan University
Original Assignee
Jiangnan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangnan University filed Critical Jiangnan University
Priority to CN201210360637.2A priority Critical patent/CN103014075B/zh
Publication of CN103014075A publication Critical patent/CN103014075A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103014075B publication Critical patent/CN103014075B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了利用一株环境安全菌株Bacillus subtilis CTCC M2009200发酵生物柴油副产物粗甘油生产2，3-丁二醇的方法，属于生物工程中发酵技术领域。该方法主要包括种子培养和发酵培养。具体的说，将种子液按4％接种量接种于发酵培养基中，在37℃，空气流量为120m3/h·m3培养基，搅拌转速为350r/min条件下进行发酵培养，当发酵液中甘油浓度低于15g/L时，流加粗甘油补料液，使培养液中甘油的浓度维持在0-20g/L，当甘油消耗速率低于1g/l·h时，即刻停止发酵，发酵液即为含有2，3-丁二醇液体。本发明为生物柴油副产物粗甘油进行工业化深度开发提供了基础。

Description

利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇
技术领域
利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2，3-丁二醇，属于生物工程中发酵技术领域。 
背景技术
随着能源资源的日益短缺和环境问题的日益严重，开发可再生的生物质资源为原料，经过化学、生物及其集成方法生产各种化学品、功能材料和能源物质的生物炼制技术越来越受到国内外的高度重视。生物柴油作为一种极具发展前景的生物资源，以其具有环保和可再生性受到世界各国的关注，该产业在全球范围内迅速发展。但其经济性仍然不能与传统的化石能源相抗衡。其原因主要有两方面：一方面是原料油脂价格较高；另一方面就是副产物甘油没有得到很好的综合利用。在生物柴油的生产过程中可得到约10％的副产物甘油，在原料端成本无法有效控制的前提下，如何对副产物粗甘油进行深度开发，已成为生物柴油产业可持续发展的关键和保障，同时也是无法回避的关键问题。如果能够利用生物柴油副产物甘油开发高附加值产品(如1，3-丙二醇、乙二醇、2，3-丁二醇等)，就能有效地降低生物柴油生产成本、提高资源利用率、延伸产业链，是建立高效、经济的生物质能源综合利用产业的重要措施，将大大提升生物柴油产业的整体技术水平和循环效益。 
2，3-丁二醇是重要的化工原料和液体燃料，广泛应用于化工、食品、燃料及航空航天等领域。2，3-丁二醇脱氢生成双乙酰，是一种高价值食品风味剂，具有一定的抑菌效果；在脱氢酶的作用下，生成的3-羟基-2-丁酮(乙偶姻)是一种应用广泛的天然食用香料；脱水生成的甲乙酮可作为一种高价值的液体燃料添加剂，亦是重要的低沸点溶剂，应用于涂料、粘结剂、润滑剂、燃料、油墨等行业；脱水生成的1，3-丁二烯可用于合成橡胶、ABS树脂及SBS弹性体等；酯化产品是合成聚酯和聚氨酯的前体。而且2，3-丁二醇是一种极具价值的液体燃料，其燃烧值与甲醇(22.1kJ/g)、乙醇(29.0kJ/g)相当。由于2，3-丁二醇的高辛烷值，它可作为汽油的辛烷值提升剂或航空燃料另外，2，3-丁二醇及其衍生物亦可广泛用于药用载体、增塑剂、柔软剂等的生产。 
近年来用糖质原料发酵生产2，3-丁二醇取得了较好的实验室研究结果，但生物法生产2，3-丁二醇尚未实现工业化。然而从2，3-丁二醇的应用前景、生产技术成熟度、知识产权状况及未来发展趋势看，开发以廉价的非粮糖质为原料(如生物柴油副产物粗甘油)发酵生产2，3-丁二醇具有很好的发展前景。目前报道的2，3-丁二醇生产菌株多为克雷伯氏菌属(Klebsiella)肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属(Serratia)等，但这些菌大都是用糖质原料发酵生产2，3-丁二醇，而在国内利用粗甘油为原料生产2，3-丁二醇还未见报道；另外，这些菌种具有潜在致病性，不符合符合工业化安全生产的要求。因此，使用安全菌种利用甘油发酵2，3-丁二醇具有良好的工业化前景。本发明利用一株安全菌株Bacillus subtilis CTCC M2009200发酵生物柴油副产物粗甘油生产2，3-丁二醇，为生物柴油副产物粗甘油进行工业化深度开发提供了基础。 
发明内容
本发明的目的是提供一种利用一株安全菌株Bacillus subtilis CTCC M2009200发酵生物柴油副产物粗甘油生产2，3-丁二醇的方法。 
本发明实现过程如下： 
本发明所使用菌种为Bacillus subtilis CTCC M2009200(该菌株前期用于发酵葡萄糖合成2，3-丁二醇，相关专利申请号：201010167019.7。已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为：CTCCM2009200)。最近我们发现B.subtilis CTCC M2009200可以有效利用生物柴油副产物粗甘油高效合成2，3-丁二醇，其具体生产工艺如下： 
(1)挑取平板上保藏的B.subtilis CTCC M2009200单菌落接种于种子培养基中培养，优选的培养时间为10-16h，培养温度为37℃，种子培养基组成如下： 
酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaCl 10g/L；种子培养液采用250mL摇瓶培养，将种子液在摇床上培养12h左右，培养温度为37℃，摇床转速为160r/min。 
(2)B.subtilis CTCC M2009200发酵培养 
发酵培养基组成如下： 
粗甘油80g/L，玉米浆10g/L，尿素3g/L，柠檬酸钠6g/L，K2HPO4 4g/L，MgSO4 0.2g/L；将上述发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121℃下高温灭菌30min。发酵装置为5L发酵罐，初始装液量为2.5L，接种量为4％。发酵条件为：空气流量为120m3/h·m3培养基，搅拌转速为350r/min，粗甘油水溶液补料量使培养液中的甘油的浓度维持在0-20g/L，发酵时间为80-88h。发酵结束后，发酵液经离心等处理后，利用气相色谱的FID检测器即可检测发酵液中2，3-丁二醇含量。 
本发明的有益效果： 
本发明首次利用枯草芽孢杆菌B.subtilis CTCC M2009200发酵生物柴油副产物粗甘油高效合成生物基平台化合物2，3-丁二醇，且2，3-丁二醇产量达到70.2g/L，转化率达到0.42g/g甘油，是现有技术所不能达到的，取得了预料不到的技术效果；另外，其发酵培养基采用生物柴油副产物粗甘油，发酵培养基中无需添加酵母膏、蛋白胨等价格较高的氮源，而是添加了玉米浆、豆粕等廉价氮源，从而降低了生产成本。所以该发明具有较高的工业化应用价值。 
另外，目前报道的2，3-丁二醇生产菌株多为克雷伯氏菌属(Klebsiella)肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属(Serratia)等，这些菌种大都是用糖质原料发酵生产2，3-丁二醇；另外，这些菌种具有潜在致病性，不符合符合工业化安全生产的要求，解淀粉芽孢杆菌属于环境安全菌株，能够满足工业化对安全生产的要求。同时随着生物柴油产业的蓬勃发展，生物柴油副产物粗甘油产量也迅速增加，导致甘油价格下降，因此如何有效利用甘油提高产品附加值成为生物柴油下游产品开发的关键，所以利用生物法将甘油转化为更具附加价值的平台化合物2，3-丁二醇将是一个不错的选择，所以本发明对于解决生物柴油副产物粗甘油的综合利用问题提供一种有效的方法。 
附图说明
图1B.subtilis CTCC M2009200流加粗甘油发酵过程曲线 
具体实施方式
实施例1 
(1)B.subtilis CTCC M2009200种子培养 
从活化平板上挑取单菌落接种于种子培养基中进行种子培养，培养温度37℃，摇床转速160r/min，培养时间为12h左右，种子培养基组成：酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaCl 10g/L； 
(2)B.subtilis CTCC M2009200发酵培养 
初始发酵培养体积为2.5L，采用的发酵培养基成分如下： 
粗甘油80g/L，玉米浆10g/L，尿素3g/L，柠檬酸钠6g/L，K2HPO4 4g/L，MgSO4 0.2g/L；将上述发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121℃下高温灭菌30min。 
粗甘油水溶液补料液：500/600mL； 
将上述培养好的种子液按4％接种量接种于发酵培养基中进行发酵培养，发酵温度37℃，空气流量为120m3/h·m3培养基，搅拌转速为350r/min。定时取样测定细胞浓度、底物残留量和2，3-丁二醇生产量，当发酵液中甘油浓度低于15g/L时，流加粗甘油补料液，使培养液中的甘油的浓度维持在0-20g/L，当甘油消耗速率低于1g/l·h时，即刻停止发酵。发酵结束后，OD600达到23.5，2，3-丁二醇产量达到70.2g/L，转化率达到0.42g/g甘油。 

Claims (1)

1.利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2，3-丁二醇的方法，其特征在于以生物柴油副产物粗甘油为底物，利用安全菌株枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis CTCC M2009200发酵其生产2，3-丁二醇；其中发酵培养基由如下组分组成：生物柴油副产物粗甘油80g/L，玉米浆10g/L，尿素3g/L，柠檬酸钠6g/L，K2HPO4 4g/L，MgSO40.2g/L，余量为水，pH为6.5；具体生产方法如下：
(1)B.subtilis CTCC M2009200种子培养
挑取平板上保藏的B.subtilis CTCC M2009200单菌落接种于种子培养基中培养12h，获得种子培养液，种子培养基组成如下：
酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaCl10g/L，余量为水；
(2)B.subtilis CTCC M2009200发酵培养
所述的发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121℃下高温灭菌30min；将上述种子培养液按4％的接种量接种于发酵罐中，发酵温度37℃，空气流量为120m3/(h·m3)培养基，搅拌转速为350r/min，粗甘油水溶液补料量使发酵培养基中的甘油的浓度维持在0-20g/L，当甘油消耗速率低于1g/(L·h)时，即刻停止发酵；即获得含有2，3-丁二醇的发酵培养液。
CN201210360637.2A 2012-09-20 2012-09-20 利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇 Active CN103014075B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210360637.2A CN103014075B (zh) 2012-09-20 2012-09-20 利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210360637.2A CN103014075B (zh) 2012-09-20 2012-09-20 利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103014075A CN103014075A (zh) 2013-04-03
CN103014075B true CN103014075B (zh) 2014-07-16

Family

ID=47963190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210360637.2A Active CN103014075B (zh) 2012-09-20 2012-09-20 利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103014075B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105177034A (zh) * 2015-08-24 2015-12-23 江南大学 一种基因工程菌及其在利用甘油生产2,3-丁二醇中的应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1252248C (zh) * 2003-10-24 2006-04-19 中国石油化工股份有限公司 一种枯草芽孢杆菌及应用
CN1276962C (zh) * 2004-12-23 2006-09-27 大连理工大学 一种偶联生产生物柴油和1,3－丙二醇的方法
CN101415830A (zh) * 2006-03-31 2009-04-22 莱斯大学 甘油的厌氧发酵
CN101851598A (zh) * 2010-05-10 2010-10-06 江南大学 一株环境安全的以葡萄糖为底物发酵产2,3-丁二醇枯草芽孢杆菌的选育
CN101889092A (zh) * 2007-10-04 2010-11-17 生物结构实验室公司 生物燃料生产
CN102220380A (zh) * 2011-05-13 2011-10-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种以大型海藻生物质为原料高效生产燃料乙醇的方法
CN102317432A (zh) * 2007-08-17 2012-01-11 巴斯夫欧洲公司 巴斯德氏菌科(Pasteurellaceae)的羧酸产生成员

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090269832A1 (en) * 2007-11-05 2009-10-29 Modular Genetics, Inc. Growth of Microorganisms in Media Containing Crude Glycerol
US8227217B2 (en) * 2009-11-17 2012-07-24 Tsinghua University Methods and genetically engineered micro-organisms for the combined production of PDO, BDO and PHP by fermentation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1252248C (zh) * 2003-10-24 2006-04-19 中国石油化工股份有限公司 一种枯草芽孢杆菌及应用
CN1276962C (zh) * 2004-12-23 2006-09-27 大连理工大学 一种偶联生产生物柴油和1,3－丙二醇的方法
CN101415830A (zh) * 2006-03-31 2009-04-22 莱斯大学 甘油的厌氧发酵
CN102317432A (zh) * 2007-08-17 2012-01-11 巴斯夫欧洲公司 巴斯德氏菌科(Pasteurellaceae)的羧酸产生成员
CN101889092A (zh) * 2007-10-04 2010-11-17 生物结构实验室公司 生物燃料生产
CN101851598A (zh) * 2010-05-10 2010-10-06 江南大学 一株环境安全的以葡萄糖为底物发酵产2,3-丁二醇枯草芽孢杆菌的选育
CN102220380A (zh) * 2011-05-13 2011-10-19 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种以大型海藻生物质为原料高效生产燃料乙醇的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Metsoviti,M.et al..Screeningofbacterialstrainscapableof convertingbiodiesel-derivedrawglycerolinto 1,3-propanediol,2,3-butanediolandethanol.《Eng.life sci.》.2012,第12卷(第1期),
Screeningofbacterialstrainscapableof convertingbiodiesel-derivedrawglycerolinto 1,3-propanediol,2,3-butanediolandethanol;Metsoviti,M.et al.;《Eng.life sci.》;20120229;第12卷(第1期);第58页右栏第2段，第59页表1以及第61页表2最后一栏 *
产2,3-丁二醇微生物菌株的筛选及其发酵条件优化;林清;《江南大学硕士学位论文》;20110831;摘要第1-5段，第23页最后一段，第24页图3.15，3第25页倒数第1-2段、图3.18，第26页第1段、图3.19、第2段、图3.20 *
张刚等.生物法生产2 3-丁二醇研究进展.《中国生物工程杂志》.2008
林清.产2 3-丁二醇微生物菌株的筛选及其发酵条件优化.《江南大学硕士学位论文》.2011
生物法生产2,3-丁二醇研究进展;张刚等;《中国生物工程杂志》;20081231;第28卷(第6期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103014075A (zh) 2013-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ibrahim et al. Simultaneous enzymatic saccharification and ABE fermentation using pretreated oil palm empty fruit bunch as substrate to produce butanol and hydrogen as biofuel
CN104774877B (zh) 一种木质纤维素生物质联产乙醇、丙酮和丁醇的方法
US9309577B2 (en) Process for producing bio-based product from straw hemicellulose and fully utilizing the components thereof
CN102352381B (zh) 以木糖生产废液制造丙酮、丁醇的方法
Noguchi et al. Efficient butanol production without carbon catabolite repression from mixed sugars with Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4
CN102453614B (zh) 一种餐厨垃圾综合利用的方法
CN103409470B (zh) 一种利用含有戊糖和己糖的混合糖分段、混菌发酵生产乙醇、丁醇和丙酮的方法
CN103103220A (zh) 以汽爆法处理的木质纤维素为原料的同步糖化和乙醇发酵法
CN102174433B (zh) 一株高抗逆性贝氏梭菌及其应用
CN101948737B (zh) 一种丙酮丁醇原位萃取连续发酵装置及工艺
CN103571772B (zh) 一株新的产丁醇菌株及其生产丁醇的方法
Jiang et al. 2, 3-Butanediol and Acetoin Production from Enzymatic Hydrolysate of Ionic Liquid-pretreated Cellulose by Paenibacillus polymyxa.
CN102296034A (zh) 一种获得耐受多种抑制剂酵母菌株的方法
CN103525877B (zh) 一种微生物发酵选择性生产3-羟基-2-丁酮和2,3-丁二醇的方法
CN101565721A (zh) 一种利用淀粉类原料生产2,3-丁二醇的方法
CN100558884C (zh) 一种产酸克雷伯氏菌及其应用
CN103421850A (zh) 一种利用丰富栅藻生产生物乙醇的方法
Liu et al. Bioethanol production from potato starch by a novel vertical mass-flow type bioreactor with a co-cultured-cell strategy
Widyaningrum et al. Bioethanol levels of dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel with the addition of blend crude cellulase enzyme from Trichoderma reesei and Aspergillus niger
CN103014075B (zh) 利用一株安全菌株发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇
CN104388477A (zh) 利用一株安全菌株发酵酒糟生产2,3-丁二醇的方法
CN103602624B (zh) 通过加强辅酶循环再生速率提高Bacillus amyloliquefaciens 2,3-丁二醇产量
CN103497917B (zh) 一株可利用木质纤维素原料发酵生产2,3-丁二醇的嗜热地衣芽孢杆菌
CN113980868B (zh) 一株耐受五羟甲基糠醛的产琥珀酸放线杆菌及其选育方法和应用
CN103103221B (zh) 一种利用基因重组酵母混合培养将纤维素转化为乙醇的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: No.8, Huilu Dongyuan, guhuashan Road, Liangxi District, Wuxi City, Jiangsu Province

Patentee after: Jiangnan University

Address before: 214122 Jiangsu Province, Wuxi City Lake Road No. 1800, Jiangnan University

Patentee before: Jiangnan University

CP02 Change in the address of a patent holder