CN109790556B - 一种微生物共培养制备生物质单体的系统 - Google Patents

一种微生物共培养制备生物质单体的系统 Download PDF

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Abstract

一种微生物共培养制备生物质单体的系统，包含了以生物质为底物，通过特殊设备过程调控实现生物质降解微生物与目标产物微生物共培养制备目标产物，其特征在于：使用瘤胃微生物与目标产物微生物共培养，通过调控可以原位分离产物的设备，实现瘤胃微生物与目标产物微生物的共生和高效率的目标产物的制备。

Description

一种微生物共培养制备生物质单体的系统
技术领域
本发明涉及生物技术，更具体地涉及利用微生物共培养制备生物质单体的系统。
背景技术
近年来，出现多种以非粮生物质为原料，利用生物方法制备生物质单体方法和系统。有的选择酶制剂糖化生物质后和酵母菌统合发酵，但是酶制剂成本过高。有的选择耗氧微生物和酵母菌统合发酵制备生物质乙醇，由于耗氧发酵产率较低。微生物发酵需要生物质灭菌，能耗巨大，发酵批次进行，发酵不能连续进行，拮抗作用明显，发酵效率较低。
利用传统生物质制备粘胶纤维，蒸煮液为黑褐色，是木质素降解物，半纤维素等高浓度有机废液，虽然有焚烧碱回收，制备有机肥料，黑液裂解等技术，由于成分复杂难于回收利用成本极高，使得大量木质素资源浪费，并污染环境，遇到环境污染门槛，限制了生物质的利用。
因此，本领域迫切需要开发发酵效率高、能耗低、成本低的生物质发酵方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种瘤胃微生物与目标产物微生物共培养制备目标产物的方法。
具体地，本发明的目的在于提供一种通过特殊设备过程调控实现瘤胃微生物与产乙醇微生物共培养，通过调控可以原位分离产物的设备制备生物质乙醇，实现低成本，高效率的连续制备生物质单体的系统。
本发明所述的一种微生物共培养制备生物质单体的系统，包含了以生物质为底物，通过特殊设备过程调控实现生物质降解微生物与目标产物微生物共培养制备目标产物，使用瘤胃微生物与目标产物微生物共培养，通过调控可以原位分离产物的设备，实现瘤胃微生物与目标产物微生物的共生和高效率的目标产物的制备。
在另一优选例中，瘤胃微生物采集前进行活体强化培养，选取反刍动物，选取准备利用的生物质为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂准备共培养目标产物微生物，主要是产乙醇微生物，喂食实验动物一月以上。
在另一优选例中，微生物纯化，采用负压胃管方法吸取反刍动物瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化瘤胃微生物，在厌氧培养箱中构建小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃真菌放大培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产乙醇微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，纯化的瘤胃微生物分别包括纤维素分解菌和纤维分解真菌；
其中，纤维素分解菌包括产琥珀酸拟杆菌(Fibrobacter succinogenes)、瘤胃菌(Ruminococcus)、溶纤维素丁酸弧菌(Buutyrivibrio fibrisolvens)、梭菌(Clostridium)；
纤维分解真菌包括：
属名为Caecomyces，特性为单中心菌体，单鞭毛游动孢子，球状；分支的假根系统的真菌：例如，C.communis；
属名为Cyllamyces，特性为多中心菌体，多鞭毛游动孢子，球状，分支的孢子梗的真菌：例如，Cy.Aberensis；
属名为Neocallimastix，特性为单中心菌体，多鞭毛游动孢子，丰富的丝壮假根的真菌：例如，N.frontalis、N.patriciarum、N.hurleyensis、N.variabilis；
属名为Piromyces，特性为单中心菌体，单鞭毛游动孢子，丝状假根系统的真菌：例如，P.communis、P.mae、P.dumbonicus、P.rhizinflatus、P.minutus、P.spiralis、Citronii；
属名为Orpinomyces，特性为多中心菌体，多鞭毛游动孢子，丝状假根系统的真菌：例如，O.joyonii、O.intercalaris、O.bovis；
属名为Anaeromyces，特性为多中心菌体，单鞭毛游动孢子，丝壮假根的真菌：例如，A.elegans、A.mucronatus；
上述菌株可以由常规技术获得，也可以从中国工业微生物菌种保藏中心邮寄获得。
在另一优选例中，引入外源性产乙醇菌，选择可以利用五碳糖和六碳糖的酵母菌，首选假丝酵母，产乙醇细菌和可利用乙酸突变酵母菌；
其中，假丝酵母优选从中国工业微生物菌种保藏中心获得可以同时利用葡萄糖和木糖的乙醇酵母，具体包括：热带假丝酵母(Candida tropicalis)，编号1463；嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)，编号1771；树干毕赤酵母(Pichia stipitis)，编号960；
另一种是产乙醇细菌；
第三种是可乙酸利用的突变酵母菌。
在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，目标产物菌种还包括产丁醇菌，产丁酸菌，产氨基酸菌等厌氧和兼性厌氧菌。
在另一优选例中，将驯化后的目标产物菌加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，通过连续培养系统，保证瘤胃微生物代谢产物和目标微生物产物被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，实现瘤胃微生物胞外酶的高效率降解秸秆，设备混料释放出胞外酶降解生物质，产生的还未被瘤胃微生物利用的单糖或双糖供目标产物微生物利用，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得生物质浮到罐体上部，被发酵设备内的机构移出系统，瘤胃微生物孢子和新补充的未被发酵秸秆留在罐体下部，由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵，共生培养。
在另一优选例中，产乙醇菌引入方面首选酵母菌，随着多年纤维素乙醇的研究，研究人员已经驯化多种可以同时利用木糖和葡萄糖的菌种，酵母菌适应性强已经得到很多研究的验证，可以按照瘤胃真菌的培养条件方向驯化。现有酵母菌还不能厌氧繁殖，但是厌氧的产乙醇细菌具有厌氧繁殖能力，乙醇产量同样很高，并且也能同时利用木糖和葡萄糖。
在另一优选例中，瘤胃真菌本身在瘤胃内也可与大量竞争性瘤胃细菌共生，但如果引入乙酸利用酵母菌，瘤胃真菌和这类酵母菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。共培养的微生态环境中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位-350mv。
在另一优选例中，进行共培养，在共培养周期，需要再次投放产乙醇菌。投放周期确定是通过测定糖的浓度升高决定，现有酵母菌还不能厌氧繁殖，但是厌氧的产乙醇细菌具有厌氧繁殖能力，乙醇产量同样很高，并且也能同时利用木糖和葡萄糖。
在另一优选例中，生物质的状态与共培养情况对应，以瘤胃真菌和酵母菌共培养，选取生物质颗粒较大在1-10毫米，优选2-5毫米瘤胃真菌和及产乙醇细菌共培养也选取生物质颗粒较大，瘤胃真菌、瘤胃细菌和产乙醇真菌共培养过程中秸秆颗粒较小在1至3毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备乙醇能耗。
在另一优选例中，发酵系统采用3套，以乙醇产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，3个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。
在另一优选例中，生物质是指玉米秸秆，水稻秸秆，小麦秸秆，棉花秸秆，麻杆，尤其是指玉米秸秆穰叶和皮分别发酵，穰叶的发酵剩余产物作为生物饲料原料后续利用，秸秆皮发酵剩余物作为生物纤维原料后续利用。
本发明的目的还在于提供一种采用生物处理及绝氧蒸煮处理工艺及膜分离技术分离出高活性木质素，并连续通过加氢催化裂解制备笨及衍生物的方法。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：a将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成1～10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用瘤胃真菌和其共生菌共培养12～48小时降解玉米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；b将未降解的玉米秸秆纤维在绝氧条件下碱液蒸煮高温蒸煮，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液；c将浆液在绝氧和高温条件下通过陶瓷膜浓缩过滤，过滤液提取碱后添加厌氧发酵产物中和反应后进入污水处理；d浓缩木质素进入绝氧裂解反应器，在反应器内加氢反应，添加催化剂催化裂解成苯和相关副产物。
按照技术方案所述的一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤中秸秆和厌氧培养基的重量比为1:10～15，瘤胃微生物为反刍动物瘤胃内分离出的单中心体瘤胃真菌和细菌。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤b蒸煮的浆液的助剂的使用和蒸煮时间将比传统蒸煮降低20％，在于前期不稳定物质，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％，木质素留在了浆液中。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤c浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到320℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-300mv，所述步骤d碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤d的浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤d的浓缩后的木质素，真空减压送入间歇式加氢反应器内，添加催化剂，在裂解塔中裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为金属催化剂，常用的是第八族过渡元素，骨架镍、镍-硅藻土、铂-氧化铝、钯-氧化铝等，工作温度210～340℃之间，工作压力2～4MPa。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为金属氧化物催化剂，如氧化铜－亚铬酸铜、氧化铜-氧化锌、氧化铜-氧化锌-氧化铬、氧化铜-氧化锌-氧化铝等，工作温度210～340℃之间。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为金属硫化物催化剂，如镍－钼硫化物、钴-钼硫化物、硫化钨、硫化钼等。
按照技术方案所述一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的利用方法，其实质性特点是：所述步骤d的催化剂为络合催化剂，RhCl[P(C6H5)3]3。
本发明的目的还在于提供一种微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，包含了以玉米秸秆为底物，通过特殊设备发酵实现生物质降解瘤胃微生物和瘤胃微生物降解物或代谢产物利用微生物共培养预处理玉米秸秆，进而降低制浆和制备粘胶纤维污染，其特点，以进行玉米秸秆穰叶和皮分离后的玉米秸秆皮为原料，使用瘤胃微生物同瘤胃微生物降解物或代谢产物利用菌厌氧共培养，降解秸秆皮中半纤维素和不稳定纤素，通过调控可以原位分离发酵产物，实现玉米秸秆皮生物预处理，剩余的高结晶木质纤维素，在绝氧环境下进行连续的蒸煮脱除木质素和纤维素的染色或漂白，离心后纤维素浆粕在含一定水分情况下直接进行粘胶纤维的溶解纺丝，或在干燥情况下熔融纺丝制备粘胶纤维。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，玉米秸秆经过穰叶和皮分离机分离的玉米秸秆皮切成30mm～40mm的片，振动分离木质素含量较高的秸秆结后，粉碎成3～10mm颗粒，粘胶纤维的纤维长度需求在1～3mm，由于采用生物预处理，化学药剂使用较少，对纤维破坏较小，秸秆皮粉碎的优选尺寸为3～5mm，用不含氧气水浸泡秸秆祛除细胞内氧气，供后续微生物发酵，作为底物使用，去除氧剂氧气有多种方法，用加氢祛氧水效果最优，因主要是良好的还原条件，保证瘤胃真菌的存活。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点是，共培养微生物实现了瘤胃微生物最大降解效能，超出单一瘤胃真菌或细菌培养降解秸秆效果，共培养微生物属于共生关系，与瘤胃微生物共培养的微生物的或是代谢产物抑制对方有害菌产生，或是利用瘤胃微生物代谢产物促进瘤胃微生物生长，保持系统稳定；可以有多种方式，选取与反刍动物牛瘤胃分离出的瘤胃真菌共培养瘤胃细菌，优选：产琥珀酸拟杆菌，拉丁名称：Fibrobacter succinogenes；选取与反刍动物瘤胃真菌产共培养酵母菌菌，优选：热带假丝酵母CICC 1426拉丁名称：Candida tropicalis；选取与反刍动物瘤胃真菌共培养产丁醇菌，优选：丙酮丁醇梭菌CICC 8012，拉丁名称：Clostridiumacetobutylicum；选取与反刍动物瘤胃真菌共培养产乳酸菌，优选：乳酸片球菌CICC10146，拉丁名称：Pediococcus acidilactic；选取反刍动物瘤胃真菌和产丁酸醇菌共培养，丁酸梭菌优选：CICC 20036拉丁名称：Clostridium butyricum；降解玉米秸秆皮中不稳定纤维素和半纤维素，生成部分单体和高结晶木质纤维素，瘤胃真菌为可以从多种反刍动物瘤胃内分离出，可分离的品种已经公知，优选牛的瘤胃真菌Neocallimastix frontalis单中心菌体，多鞭毛游动孢子，丰富的丝壮假根，牛的瘤胃体积较大，其瘤胃真菌正适合较大体积设备发酵，共培养菌种菌在中国工业微生物菌种保藏中心购买的，预处理除了降解秸秆皮中不稳定的生物质，还可以制备部分发酵产物，提高了效益，发酵产物抵消生物预处理成本，部分有机酸发酵还可以用于碱液的中和。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，将驯化后的共培养微生物和祛除氧气的秸秆皮在一种厌氧连续培养系统中进行发酵，发酵产物通过连续培养系统并经过原位膜分离装置分离，不产生拮抗作用，发酵时间为12～48小时，完成玉米秸秆皮的预处理，优选时间30小时，共培养微生物只有在连续的产物培养和产物分离装置中才能达到最佳的降解效果，否者微生物酶活会有一个数量级的降低。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，在厌氧发酵后的木质纤维素，在全封闭环境无氧条件下进入绝氧的连续蒸煮系统，蒸煮脱木质素使用的助剂同样为祛除氧气溶液。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，在全密封条件下分离纤维素和连续蒸煮残液体，纤维素进入下一道封闭无氧的除砂工段，随后进入打浆设备，通过打浆控制纤维素聚合度，蒸煮残液体在绝氧环境下通过陶瓷膜浓缩，由于没有氧气与药剂脱除下的木质素反应，液体颜色较浅。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，分离出的部分玉米秸秆纤维素纤维保持原色情况下进入下一道工序染色工段或不染色，采用原色制备粘胶纤维或原色基础上直接染色将减少漂白工艺，进而降低环境污染；分离出的部分玉米秸秆纤维素纤维在绝氧情况下漂白，以满足其他需要。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，原色染色的玉米秸秆纤维浆粕在绝氧情况下离心，在含有10％～30％水分，优选20％情况下进入溶解浆工序直接溶解纺丝，不用完全干燥，节约能源，同时绝氧连续纺丝，纤维原有性能得到保护。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，包含了以玉米秸秆为底物，通过特殊设备发酵实现生物质降解微生物和瘤胃微生物降解物或代谢产物利用微生物共培养预处理玉米秸秆，其特点，漂白玉米秸秆纤维浆粕在绝氧情况下离心，在含有10％～30％水分情况下，优选20％进入溶解浆工序直接溶解纺丝制备粘胶纤维，由于溶剂纺丝还需要使用碱液，不完全干燥浆粕自己纺丝，降低用于干燥的能源，纤维原有性能得到保护。
在另一优选例中，所述的微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特点，原色染色或漂白的浆粕离心烘干后直接进行熔融纺丝制备粘胶纤维。
在另一优选例中，所述的一种微生物共培养预处理玉米秸秆连续制备粘胶纤维的系统，其特征在于：包括玉米秸秆皮穰分离机，与之相连接的厌氧连续生物共培养设备，与所述厌氧连续生物共培养设备相连接的连续绝氧制桨蒸煮设备，与所述连续绝氧制桨蒸煮设备相连接的全密封浆液连续分离装置，与所述全密封浆液连续分离装置相连接的染色设备，与所述染色设备相连接的粘胶纤维纺丝设备，所述全密封浆液连续分离装置通过浓缩陶瓷膜与工业化利用装置相连接。
本发明还提供了一种微生物共培养制备目标产物的方法，所述方法包括步骤：
(a)提供一反刍动物，向所述的反刍动物饲喂秸秆和目标产物微生物；
(b)分离并纯化所述反刍动物瘤胃中的瘤胃微生物，其中，所述的瘤胃微生物包括真菌；
(c)培养所述的瘤胃微生物，并向培养基中添加目标产物微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，得到驯化的瘤胃微生物；
(d)在厌氧连续培养装置中，培养所述的驯化的瘤胃微生物，并向培养基中添加目标产物微生物，进行驯化培养，从而得到驯化的目标产物微生物；
(e)在厌氧连续培养装置中，以秸秆为碳源，培养所述驯化的瘤胃微生物和驯化的目标产物微生物；和
(f)分离培养装置中的代谢产物和经发酵的秸秆，并持续添加秸秆，从而实现瘤胃微生物和目标产物微生物的连续共培养，并制备目标产物。
在另一优选例中，所述的瘤胃微生物包括纤维分解真菌。
在另一优选例中，所述的纤维分解真菌包括选自下组的真菌：
属名为Caecomyces的真菌，优选C.communis；
属名为Cyllamyces的真菌，优选Cy.Aberensis；
属名为Neocallimastix的真菌，优选N.frontalis、N.patriciarum、N.hurleyensis、N.variabilis；
属名为Piromyces的真菌，优选P.communis、P.mae、P.dumbonicus、P.rhizinflatus、P.minutus、P.spiralis、Citronii；
属名为Orpinomyces的真菌，优选：O.joyonii、O.intercalaris、O.bovis；
属名为Anaeromyces的真菌，优选A.elegans、A.mucronatus；或其组合。
在另一优选例中，所述的纤维分解真菌选自下组：
属名为Caecomyces的真菌，优选C.communis；
属名为Neocallimastix的真菌，优选N.frontalis、N.patriciarum、N.hurleyensis、N.variabilis；
属名为Anaeromyces的真菌，优选A.elegans、A.mucronatus；
在另一优选例中，所述的目标产物微生物选自下组：产乙醇菌、产丁醇菌(如丙酮丁醇梭菌，Clostridium acetobutylicum)、产丁酸菌(丁酸梭菌，Clostridiumbutyricum)、产氨基酸菌、产琥珀酸拟杆菌(Fibrobacter succinogenes)、产乳酸菌(如乳酸片球菌，Pediococcus acidilactic)、或其组合。
在另一优选例中，所述的目标产物微生物为产乙醇菌，并且所述的产乙醇菌选自下组：热带假丝酵母(Candida tropicalis)、嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)、产乙醇细菌、可利用乙酸的突变酵母菌、或其组合。
在另一优选例中，所述的目标产物选自下组：乙醇、丁醇、丁酸、氨基酸、琥珀酸、乳酸、或其组合。
在另一优选例中，在步骤(d)、(e)和(f)中，所述培养的温度为38-40℃(如39℃)，pH为7.0-8.0，且氧化还原电位为-300mv至-400mv(如-350mv)。
在另一优选例中，在步骤(d)中，在驯化培养过程中，向培养基中添加瘤胃微生物代谢产物，从而促进共培养方向的驯化。
在另一优选例中，在驯化培养的后期，向培养基中添加瘤胃微生物代谢产物。
在另一优选例中，在步骤(d)中，得到一微生物菌群，所述微生物菌群含有所述经驯化的目标产物微生物。
在步骤(e)中，投放的驯化的瘤胃微生物的生物量为3-5％，投放的驯化的目标产物微生物的生物量为5-8％。
在另一优选例中，所述的反刍动物选自下组：羊、马、牛、驴、或其组合。
在另一优选例中，所述的秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、和/或麻杆，较佳地，所述秸秆为玉米秸秆的穰、叶和/或皮。
在另一优选例中，所述的秸秆为粉碎秸秆，且所述秸秆的颗粒大小为0.5-10mm，较佳地为1-3mm。
在另一优选例中，在步骤(a)中，向所述的反刍动物饲喂秸秆和精饲料的混合物，并逐步较少精饲料的比例，并饲喂目标产物微生物。
在另一优选例中，在步骤(b)中，采用负压胃管方法吸取反刍动物瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化瘤胃微生物。
在另一优选例中，在步骤(c)中，在厌氧培养箱中构建小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃真菌放大培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产乙醇微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养。
在另一优选例中，在步骤(d)中，所述的瘤胃微生物代谢产物包括培养瘤胃微生物所产生的发酵液或上清。
在另一优选例中，在步骤(f)中，所述的经发酵的秸秆浮在液态发酵混合物的上部或上方，并通过固液分离方式去除所述经发酵的秸秆。
在另一优选例中，在步骤(f)中，瘤胃微生物在秸秆上生长产生的丝状假根使得经发酵的秸秆浮到培养装置的上部，从而被分离；而瘤胃微生物孢子和新补充的未被发酵的秸秆留在罐体下部，从而实现连续发酵和共生培养。
在另一优选例中，在步骤(f)中，发酵12-48小时后，较佳地，发酵24-30小时后分离所述的经发酵的秸秆。
在另一优选例中，在步骤(f)中，利用原位膜分离装置分离所述的代谢产物。
在另一优选例中，在连续培养的过程中，在糖的浓度升高后，需要再次添加目标产物微生物。
在另一优选例中，步骤(d)、(e)和(f)为完全厌氧发酵。
在另一优选例中，在步骤(f)之后，所述方法还包括制备木质素的步骤：
(i)在全封闭无氧条件下，将分离的经发酵的秸秆和蒸煮助剂同时添加至无氧的连续蒸煮装置中，进行连续蒸煮；
(ii)在全封闭无氧条件下，以螺旋挤压方式分离纤维素和含木质素的浆液；
(iii)在无氧环境下，利用陶瓷膜过滤并浓缩含木质素的浆液，获得浓缩的木质素溶液；
(iv)将浓缩的木质素溶液送入裂解反应器内，在金属催化剂的催化下，进行裂解反应，获得产物苯。
在另一优选例中，在步骤(iv)中，裂解反应的温度为210-340℃，如330℃，反应器内的压力为2-4MPa，如2MPa。
在另一优选例中，在步骤(iv)中，所述的催化剂为金属催化剂、金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂、和/络合催化剂。
在另一优选例中，所述的金属催化剂为第八族过渡元素，包括骨架镍、镍-硅藻土、铂-氧化铝、和/或钯-氧化铝。
在另一优选例中，所述的金属氧化物催化剂包括氧化铜－亚铬酸铜、氧化铜-氧化锌、氧化铜-氧化锌-氧化铬、和/或氧化铜-氧化锌-氧化铝。
在另一优选例中，所述的金属硫化物催化剂包括镍－钼硫化物、钴-钼硫化物、硫化钨、和/或硫化钼。
在另一优选例中，所述的络合催化剂为RhCl[P(C6H5)3]3。
在另一优选例中，在步骤(iv)中，所述的催化剂得含量为木质素含量的2％。
在另一优选例中，在步骤(i)中，所述的蒸煮助剂为祛除氧气的NaOH和Na2S溶液。
在另一优选例中，在步骤(ii)中，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％。
在另一优选例中，在步骤(iii)中，所述的陶瓷膜为纳米级陶瓷膜。
在另一优选例中，在步骤(iii)中，浓缩过程的温度为300-350℃，如320℃，氧化还原电位小于-300mv。
在另一优选例中，在步骤(iii)中，采用低温重结晶方法提取浓缩过程中产生的碱液，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理。
在另一优选例中，在步骤(iv)中，所述的裂解反应器为连续管式加氢反应器，补充氢气加压，进行裂解反应。
在另一优选例中，在步骤(iv)中，所述的裂解反应器为间歇式加氢反应器。
在另一优选例中，在步骤(iv)中，获得的产物还包括甲苯单体、苯酚和环己烷。
在另一优选例中，还包括对步骤(ii)分离得到的纤维素进行熔融纺丝制备粘胶纤维。
在另一优选例中，将分离的纤维素送入下一道封闭无氧的除砂工段，随后进入全封闭无氧打浆设备，通过打浆控制纤维素聚合度。
在另一优选例中，分离出的部分玉米秸秆纤维素纤维，保持原色情况下进入下一道工序染色工段或不染色；分离出的部分玉米秸秆纤维素纤维在绝氧情况下漂白。
在另一优选例中，原色染色的玉米秸秆纤维浆粕在绝氧情况下离心，在含有10％～30％水分情况下进入溶解浆工序直接溶解纺丝。
在另一优选例中，漂白玉米秸秆纤维浆粕在绝氧情况下离心，在含有10％～30％水分情况下进入溶解浆工序直接溶解纺丝制备粘胶纤维。
在另一优选例中，原色染色或漂白的浆粕离心烘干后直接进行熔融纺丝制备粘胶纤维。
本发明人经过广泛而深入地研究，首次意外地发现一种微生物共培养制备生物质单体的方法，其是以生物质为底物，通过特殊设备过程调控，实现生物质降解微生物与目标产物微生物共培养制备目标产物。具体地，所述方法利用瘤胃微生物与目标产物微生物共培养，通过调控可以原位分离产物的设备，实现瘤胃微生物与目标产物微生物的共生和高效率的目标产物的制备。
本发明的主要优点包括：
(a)本发明提供一种利用微生物共培养发酵制备生物质单体，微生物部分可以自行传代，不使用酶制剂，可以采用连续发酵装置，原位分离产物，提高了效率。
(b)本发明利用微生物共培养，代谢产物抑制了对应共培养微生物的有害菌，不需要灭菌纯培养，降低了能源消耗。
(c)选用厌氧微生物预处理的玉米秸秆，生物质中不稳定的纤维素和半纤维素被提前降解；
(d)保持绝氧条件进入蒸煮过程，温度、压力和药剂使用的少，分离出的浆液中的木质素氧化的少，木质素原有活性改变的小；
(e)碱液高温回收效率高，污染少；
(f)绝氧条件下，加氢催化裂解，反应条件温和，容易制备活性单体，在低污染情况下，生物质中木质素得到资源化合理利用；
(g)瘤胃微生物共培养高效低成本降解玉米秸秆中的半纤维素和不稳定纤维素，降低后续蒸煮脱木素的药剂使用，进而降低污染；
(h)在厌氧条件下降解秸秆，同时保证了绝氧条件，为后续绝氧连续蒸煮创造了条件，绝氧蒸煮将极大降低浆液氧化变黑，全过程绝氧，连续封闭运行，避免氧化变黑，再漂白工艺，从机理上减少黑夜产生，进而降低污染；
(i)蒸煮条件的降低，同时最大化保持了纤维原有的特性；
(j)瘤胃微生物对秸秆纤维不稳定成分的降解将刻蚀纤维，使纤维吸潮率提高，进而能够制备高性能的粘胶纤维；
(k)采用了纤维的原色染色工艺，直接纤维原色染色，免除了漂白工艺，降低了对环境的影响。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一赘述。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
实施例1
选取反刍动物山羊，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的穰叶为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产乙醇微生物，选择可利用五碳糖和六碳糖的假丝酵母，喂食实验动物一月。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化山羊瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养。培养一段时间后，培养基中逐渐添加产乙醇微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物纤维分解真菌有Caecomyces communis，其特性为“单中心菌体，单鞭毛游动孢子，球状，分支的假根系统”。
瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，在培养8小时后，引入外源性产乙醇菌，选择可以利用五碳糖和六碳糖的酵母菌，优选假丝酵母，更优选地为一种从中国工业微生物菌种保藏中心获得的可以同时利用葡萄糖和木糖的乙醇酵母，即热带假丝酵母(Candida tropicalis)，编号1463。在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度38℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。
将驯化后的产乙醇菌按照生物量的6％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的乙醇等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃微生物孢子和未被发酵秸秆留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆穰叶和培养基混合物，生物量和培养基的固液比例为1:15。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。进行共培养，在共培养周期，需要再次投放产乙醇菌。投放周期确定是通过测定糖的浓度再次升高决定，本实例在20小时候后再次添加。以瘤胃真菌和酵母菌共培养，选取生物质颗粒直径在3-5毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备乙醇能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以乙醇产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。将玉米秸秆穰叶的发酵剩余产物作为生物饲料原料后续利用。
实施例2
选取反刍动物奶牛，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的穰叶为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产乙醇微生物，选择可利用五碳糖和六碳糖的假丝酵母，喂食实验动物一月以上。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化奶牛瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产乙醇微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物为瘤胃菌(Ruminococcus)。瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，引入外源性产乙醇菌，选择可以利用五碳糖和六碳糖的酵母菌，优选假丝酵母，更优选地为一种从中国工业微生物菌种保藏中心获得可以同时利用葡萄糖和木糖的乙醇酵母，即热带假丝酵母(Candida tropicalis)，编号1463，在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。将驯化后的产乙醇菌按照生物量的5％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的乙醇等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，酵母菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃微生物留在未被发酵完全的秸秆穰叶上留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆穰叶和培养基混合物，生物量和培养基比例为1:15。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。现有酵母菌还不能厌氧繁殖。虽然瘤胃真菌本身在瘤胃内也可与大量竞争性瘤胃细菌共生，但如果引入乙酸利用酵母菌，瘤胃真菌和这类酵母菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。微生态中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用。进行共培养，现有酵母菌还不能厌氧繁殖，在共培养周期，需要再次投放产乙醇菌。投放周期确定是通过测定糖的浓度升高决定，本实施例在20小时候后再次添加。生物质的状态与共培养情况对应，瘤胃细菌和产乙醇真菌共培养过程中秸秆穰叶颗粒较小，粒径在1-3毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备乙醇能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以乙醇产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。玉米秸秆穰叶发酵剩余物由于含有微生物消融蛋白，可以作为生物饲料或肥料使用。
实施例3
选取反刍动物黄牛，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的秸皮为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产乙醇微生物，选择可利用五碳糖和六碳糖的产乙醇菌，喂食实验动物一月以上。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化黄牛瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产乙醇微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物为N.frontalis，N.patriciarum，N.hurleyensis，N.variabilis中的一种或多种，其属名为Neocallimastix，特性为“单中心菌体，多鞭毛游动孢子，丰富的丝状假根”。瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，引入外源性产乙醇细菌，选择可以利用五碳糖和六碳糖的产乙醇细菌，菌种均可从各地菌种保藏中心邮寄具有相关特性的菌种，在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度36-39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。将驯化后的产乙醇细菌按照生物量的5％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的乙醇等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃真菌孢子和未被发酵秸秆留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆皮和培养基混合物，生物量和培养基比例为1:15。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。厌氧的产乙醇细菌具有厌氧繁殖能力，乙醇产量同样很高，并且也能同时利用木糖和葡萄糖。瘤胃真菌和这类产乙醇细菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。微生态中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用。进行共培养，在共培养周期，不在需要再次投放产乙醇细菌或者少量投入产乙醇细菌。生物质的状态与共培养情况对应，以瘤胃真菌和产乙醇菌共培养，选取生物质颗粒直径在3-5毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备乙醇能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以乙醇产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。将玉米秸秆皮发酵剩余物作为生物纤维原料后续利用。
实施例4
选取反刍动物山羊，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的穰叶为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产乙醇微生物，为可利用瘤胃微生物代谢产物乙酸的酵母菌，喂食实验动物一月以上。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化山羊瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产乙醇微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物为A.elegans，A.mucronatus中的一种或多种，其属名为Anaeromyces，特性为“多中心菌体，单鞭毛游动孢子，丝壮假根”。瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，引入外源性产乙醇菌，选择可以利用乙酸的突变酵母菌，在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。将驯化后的乙酸利用的突变酵母菌按照生物量的6％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的乙醇等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃微生物孢子和未被发酵秸秆留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆穰叶和培养基混合物，生物量和培养基比例为1:10。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。
引入乙酸利用酵母菌，瘤胃真菌和这类酵母菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。微生态中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用。进行共培养，在共培养周期，需要再次投放产乙醇菌。投放周期确定是通过测定乙酸的浓度升高决定，现有酵母菌还不能厌氧繁殖，生物质的状态与共培养情况对应，以瘤胃真菌和产乙醇真菌共培养过程中，秸秆穰叶颗粒较小在1-3毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备乙醇能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以乙醇产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。将玉米秸秆穰叶的发酵剩余产物作为生物饲料原料后续利用。
实施例5
选取反刍动物山羊，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的穰叶为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产丁酸菌，优选为可利用瘤胃微生物代谢产物乙酸的产丁酸菌，喂食实验动物一月以上。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化山羊瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产丁酸菌微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物为A.elegans，A.mucronatus中的一种或多种，其属名为Anaeromyces，特性为“多中心菌体，单鞭毛游动孢子，丝壮假根”。瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，引入外源性产丁酸菌，选择可利用乙酸的产丁酸菌，在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。将驯化后的产丁酸菌按照生物量的6％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的丁酸等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃微生物孢子和未被发酵秸秆留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆穰叶和培养基混合物，生物量和培养基比例为1:10。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。引入产丁酸菌，菌种为保藏中心登记品种，瘤胃真菌和产丁酸菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。微生态中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用。进行共培养，在共培养周期，需要再次投放产丁酸菌。投放周期确定是通过测定产丁酸的浓度升高决定，生物质的状态与共培养情况对应，瘤胃真菌和产丁酸菌共培养过程中，秸秆穰叶颗粒较小在1-3毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备产丁酸能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以产丁酸产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。将玉米秸秆穰叶的发酵剩余产物作为生物饲料原料后续利用。
实施例6
选取反刍动物山羊，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的穰叶为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产丁醇菌，丁醇菌为保藏中心保存品种，喂食实验动物一月以上。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化山羊瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加丁醇菌微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物为A.elegans，A.mucronatus中的一种或多种，其属名为Anaeromyces，特性为“多中心菌体，单鞭毛游动孢子，丝壮假根”。瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，引入外源性产丁醇菌，在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。将驯化后的丁醇菌按照生物量的6％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的丁醇等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃微生物孢子和未被发酵秸秆留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆穰叶和培养基混合物，生物量和培养基比例为1:10。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。引入丁醇菌，瘤胃真菌和这类酵母菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。微生态中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用。进行共培养，在共培养周期，需要再次投放产丁醇菌。投放周期确定是通过测定丁醇的浓度升高决定，现有产丁醇菌还不能厌氧繁殖，生物质的状态与共培养情况对应，以瘤胃真菌和丁醇菌共培养过程中秸秆穰叶颗粒较小在1-3毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低制备丁醇能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以丁醇产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。将玉米秸秆穰叶的发酵剩余产物作为生物饲料原料后续利用。
实施例7
选取反刍动物山羊，选取准备利用的生物质，秸秆分离处理后的穰叶为碳源，饲喂实验动物，逐渐减少精饲料添加，饲喂同时添加准备共培养的产氨基酸菌，喂食实验动物一月以上。采用负压胃管方法吸取瘤胃内容物，厌氧滚管，纯化山羊瘤胃微生物，在厌氧培养箱中培养，培养一段时间后，培养基中逐渐添加产氨基酸微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，送入小型连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，纯化的瘤胃微生物为A.elegans，A.mucronatus中的一种或多种，其属名为Anaeromyces，特性为“多中心菌体，单鞭毛游动孢子，丝壮假根”。瘤胃微生物按照生物质重量3-5％放入中型厌氧连续培养及膜分离装置进行瘤胃微生物放大培养，引入外源性产氨基酸菌，在放大培养后期逐渐添加瘤胃微生物培养代谢产物向瘤胃微生物培养条件进行共培养方向驯化，主要是培养温度39℃，弱碱环境，低的氧化还原电位。将驯化后的产氨基酸菌按照生物量的6％加入瘤胃厌氧连续培养系统中进行共培养，培养基包含瘤胃微生物生长所需微量元素和氮源，对于启动后的生长过程中需要的氮源，以秸秆中的蛋白质，细胞消融产生的蛋白质，为主要氮源，通过连续培养系统，保证代谢产物中的氨基酸等被膜分离装置分离，不产生拮抗作用，不同时间段采集进行观察，瘤胃真菌随着在秸秆上生长产生的丝状假根使得秸秆浮到罐体上部，被罐体机构排出罐外，瘤胃微生物孢子和未被发酵秸秆留在罐体下部，持续加入固液比恒定秸秆穰叶和培养基混合物，生物量和培养基比例为1:10。由于瘤胃真菌的特性实现了在一个罐内连续发酵。引入产氨基酸菌，瘤胃真菌和产氨基酸菌将属于协同的共生关系，最利于共培养的实现。微生态中微生物除了自身适应性外，通过连续膜分离装置可以保证消除抑制作用。进行共培养，在共培养周期，需要再次投放产氨基酸菌。投放周期确定是通过测定产氨基酸的浓度升高决定，现有产氨基酸菌还不能厌氧繁殖，生物质的状态与共培养情况对应，瘤胃真菌和产氨基酸菌共培养过程中，秸秆穰叶颗粒较小在1-3毫米，由于共生抑制其他杂菌产生，生物质不需要灭菌，将会明显降低生成氨基酸的能耗。在运行中采用3套以上发酵系统并联运行，以产氨基酸产率为目标，并联发酵，经过24小时将罐体上部发酵完成的秸秆排除罐外，然后补料连续发酵，三个罐体分时段启动，当一个罐体出现问题可以通过其他罐体引种。将玉米秸秆穰叶的发酵剩余产物作为生物饲料原料后续利用。
实施例8
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养48小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:15降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20％，即NaOH为绝干重15％，Na2S为绝干重4％，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到320℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-300mv，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为金属催化剂，骨架镍，工作温度330℃之间，工作压力2MPa，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
实施例9
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成8毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养40小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:14降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20％，即NaOH为绝干重15％，Na2S为绝干重4％，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到300℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-280mv，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入间歇式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为金属催化剂，镍－钼硫化物，工作温度300℃之间，工作压力3MPa，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚。
实施例10
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成8毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养36小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:12降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20％以下，即NaOH为绝干重14％，Na2S为绝干重4％，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到280℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-260mV，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入连续管式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为，氧化铜-氧化锌-氧化铬，工作温度230℃之间，工作压力4MPa，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
实施例11
将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成5毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用单中心体瘤胃真菌和瘤胃细菌共培养30小时，秸秆和厌氧培养基的重量比为1:10降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；挤压脱液，将未降解的玉米秸秆纤维，在绝氧条件输送到碱液蒸煮高温蒸煮，蒸煮条件较传统技术降低20％，即NaOH为绝干重15％，Na2S为绝干重4％，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液，经螺旋挤压后纤维素含水率小于20％；浆液通过纳米级陶瓷膜过滤，整个浓缩过程升温到300℃高温和绝氧条件，氧化还原电位小于-280mV，碱液提取采用低温重结晶方法，剩余液体与发酵产物有机酸中和后，进入污水厂处理；浓缩后的木质素，真空减压除氧，送入间歇式加氢反应器内，补充氢气加压，添加催化剂为金属催化剂，络合催化剂，RhCl[P(C6H5)3]3，工作温度300℃之间，工作压力3MPa，反应器内裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚。
实施例12
以进行玉米秸秆穰叶和皮分离后的玉米秸秆皮为原料，选取从反刍动物牛瘤胃分离出的瘤胃瘤胃真菌Neocallimastix frontalis和瘤胃细菌Fibrobacter succinogenes共培养，降解秸秆皮中半纤维素和不稳定纤素；将驯化后的共培养微生物和祛除氧气的秸秆皮在一种厌氧连续培养系统中进行发酵，发酵产物通过连续培养系统膜分离装置分离，不产生拮抗作用，发酵时间为48小时，完成玉米秸秆皮的预处理，降解玉米秸秆皮中不稳定纤维素和半纤维素，生成部分单体和高结晶木质纤维素；通过调控可以原位分离发酵产物，实现玉米秸秆皮生物预处理，剩余的高结晶木质纤维素；在厌氧发酵后的木质纤维素，在全封闭环境无氧条件下进入绝氧的连续蒸煮系统，蒸煮脱木质素使用的药剂剂同样为祛除氧气溶液，在全密封条件下分离纤维素和连续蒸煮残液体；纤维素进入下一道封闭无氧的除砂工段，随后进入打浆设备，通过打浆控制纤维素聚合度，蒸煮残液体在绝氧环境下99℃通过陶瓷膜浓缩，浓缩液用于后续工业利用，COD值100，减少玉米秸秆传统制浆污染；在绝氧环境下进行连续的蒸煮脱除木质素；分离出的部分玉米秸秆纤维素纤维保持原色情况下进入下一道工序工段，纤维素含量≧93％；原色的玉米秸秆纤维浆粕在绝氧情况下离心，在含有10％水分情况下进入溶解浆工序直接溶解纺丝，干断裂强度≧2.5cN/dtex，干断裂伸长率≧16％.湿断裂强度≧1.5cN/dtex，回潮率达到15％以上。
实施例13
以进行玉米秸秆穰叶和皮分离后的玉米秸秆皮为原料，使用瘤胃微生物同瘤胃微生物降解物或代谢产物利用菌厌氧共培养，降解秸秆皮中半纤维素和不稳定纤素；选取反刍动物瘤胃真菌Neocallimastix frontalis和产乙醇菌Candida tropicalis共培养；降解玉米秸秆皮中不稳定纤维素和半纤维素；将驯化后的共培养微生物和祛除氧气的秸秆皮在一种厌氧连续培养系统中进行发酵，发酵产物通过连续培养系统膜分离装置分离，不产生拮抗作用，发酵时间为36小时，完成玉米秸秆皮的预处理；通过调控可以原位分离发酵产物，实现玉米秸秆皮生物预处理，剩余的高结晶木质纤维素，在厌氧发酵后的木质纤维素，在全封闭环境无氧条件下进入绝氧的连续蒸煮系统，蒸煮脱木质素使用的助剂同样为祛除氧气溶液，在全密封条件下分离纤维素和连续蒸煮残液体，纤维素进入下一道封闭无氧的除砂工段，随后进入打浆设备，通过打浆控制纤维素聚合度，蒸煮残液体在绝氧环境下，100℃通过陶瓷膜浓缩，浓缩液用于后续工业利用；连续的蒸煮脱除木质素和纤维素的染色均是在绝氧环境下进行的；COD值120，减少玉米秸秆传统制浆污染，纤维素含量≧93％；分离出的部分玉米秸秆纤维素纤维保持原色情况下进入下一道工序染色工段；原色染色的玉米秸秆纤维浆粕在绝氧情况下离心，在含有20％水分情况下进入溶解浆工序直接溶解纺丝制备粘胶纤维，干断裂强度≧2.6cN/dtex，干断裂伸长率≧16.5％.湿断裂强度≧1.5cN/dtex，回潮率达到16％以上。
实施例14
以进行玉米秸秆穰叶和皮分离后的玉米秸秆皮为原料，选取反刍动物瘤胃真菌Neocallimastix frontalis和产乳酸细菌Pediococcus acidilactic共培养；降解玉米秸秆皮中不稳定纤维素和半纤维素，生成部分单体和高结晶木质纤维素；将驯化后的共培养微生物和祛除氧气的秸秆皮在一种厌氧连续培养系统中进行发酵，发酵产物通过连续培养系统膜分离装置分离，不产生拮抗作用，发酵时间为12小时，完成玉米秸秆皮的预处理。通过调控可以原位分离发酵产物，实现玉米秸秆皮生物预处理，剩余的高结晶木质纤维素，在厌氧发酵后的木质纤维素，在全封闭环境无氧条件下进入绝氧的连续蒸煮系统，蒸煮脱木质素使用的助剂同样为祛除氧气溶液，在全密封条件下分离纤维素和连续蒸煮残液体，纤维素进入下一道封闭无氧的除砂工段，随后进入打浆设备，通过打浆控制纤维素聚合度，蒸煮残液体在绝氧环境下通过110℃陶瓷膜浓缩，浓缩液用于后续工业利用，COD值160，减少玉米秸秆传统制浆污染，纤维素含量≧95％；连续的蒸煮脱除木质素和纤维素的漂白均是在绝氧环境下进行的，离心后纤维素浆粕在含有25％水分情况下进入溶解浆工序直接溶解纺丝，干断裂强度≧2.7cN/dtex，干断裂伸长率≧17％.湿断裂强度≧1.6cN/dtex，回潮率达到18％。
实施例15
以进行玉米秸秆穰叶和皮分离后的玉米秸秆皮为原料，选取反刍动物瘤胃真菌Neocallimastix frontalis和产丁醇菌Clostridium acetobutylicum共培养；降解玉米秸秆皮中不稳定纤维素和半纤维素，生成部分单体和高结晶木质纤维素；将驯化后的共培养微生物和祛除氧气的秸秆皮在一种厌氧连续培养系统中进行发酵，发酵产物通过连续培养系统膜分离装置分离，不产生拮抗作用，发酵时间为40小时，完成玉米秸秆皮的预处理。通过调控可以原位分离发酵产物，实现玉米秸秆皮生物预处理，剩余的高结晶木质纤维素，在厌氧发酵后的木质纤维素，在全封闭环境无氧条件下进入绝氧的连续蒸煮系统，蒸煮脱木质素使用的助剂同样为祛除氧气溶液，在全密封条件下分离纤维素和连续蒸煮残液体，纤维素进入下一道封闭无氧的除砂工段，随后进入打浆设备，通过打浆控制纤维素聚合度，蒸煮残液体在绝氧环境下120℃通过陶瓷膜浓缩，浓缩液用于后续工业利用；COD值200，减少玉米秸秆传统制浆污染，纤维素含量≧93.5％；连续的蒸煮脱除木质素和纤维素的漂白均是在绝氧环境下进行的，在干燥情况下熔融纺丝制备粘胶纤维，干断裂强度≧2.65cN/dtex，干断裂伸长率≧17％.湿断裂强度≧1.7cN/dtex，回潮率16％以上。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种微生物共培养制备目标产物的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(a) 提供一反刍动物，向所述的反刍动物饲喂秸秆和目标产物微生物；
(b) 分离并纯化所述反刍动物瘤胃中的瘤胃微生物，其中，所述的瘤胃微生物包括真菌；
(c) 培养所述的瘤胃微生物，并向培养基中添加目标产物微生物代谢产物进行共培养方向驯化培养，得到驯化的瘤胃微生物；
(d) 在厌氧连续培养装置中，培养所述的驯化的瘤胃微生物，并向培养基中添加目标产物微生物，进行驯化培养，从而得到驯化的目标产物微生物；
(e) 在厌氧连续培养装置中，以秸秆为碳源，培养所述驯化的瘤胃微生物和驯化的目标产物微生物；和
(f) 分离厌氧连续培养装置中的代谢产物和经发酵的秸秆，并持续添加秸秆，从而实现瘤胃微生物和目标产物微生物的连续共培养，并制备目标产物；所述的瘤胃微生物包括纤维分解真菌；所述的纤维分解真菌包括选自下述的真菌：
属名为Caecomyces的真菌；
属名为Cyllamyces的真菌；
属名为Neocallimastix的真菌；
属名为Piromyces的真菌；
属名为Orpinomyces的真菌；
属名为Anaeromyces的真菌；或其任意比例的组合；
或者，所述的纤维分解真菌选自下组：
属名为Caecomyces的真菌；
属名为Neocallimastix的真菌；
属名为Anaeromyces的真菌；
所述的目标产物微生物选自：产乙醇菌、产丁醇菌、产丁酸菌、产氨基酸菌、产琥珀酸拟杆菌或产乳酸菌，或其任意比例的组合；
在步骤(d)、(e)和(f)中，所述培养的温度为38-40℃，pH为7.0-8.0，且氧化还原电位为-300mv至-400mv；在步骤(d)中，在驯化培养过程中，向培养基中添加瘤胃微生物代谢产物，从而促进共培养方向的驯化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，属名为Caecomyces的真菌为C.communis；
属名为Cyllamyces的真菌为Cy.Aberensis；
属名为Neocallimastix的真菌为N.frontalis、N.patriciarum、N.hurleyensis或N.variabilis；
属名为Piromyces的真菌为P.communis、P.mae、P.dumbonicus、P.rhizinflatus、P.minutus、P.spiralis或Citronii；
属名为Orpinomyces的真菌为O.joyonii、O.intercalaris或O.bovis ；
属名为Anaeromyces的真菌为A.elegans或A.mucronatus；或其任意比例的组合；
或者，所述的纤维分解真菌选自下组：
属名为Caecomyces的真菌为C.communis；
属名为Neocallimastix的真菌为N.frontalis、 N.patriciarum、N.hurleyensis或N.variabilis；
属名为Anaeromyces的真菌为A.elegans或A.mucronatus。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的目标产物微生物为产乙醇菌，并且所述的产乙醇菌选自：热带假丝酵母(Candida tropicalis)、嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)、树干毕赤酵母(Pichia stipitis)、产乙醇细菌或可利用乙酸的突变酵母菌，或其任意比例的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的目标产物选自：乙醇、丁醇、丁酸、氨基酸、琥珀酸或乳酸，或其组合。
5.一种木质素的制备方法，其步骤如下：
(i) 在全封闭无氧条件下，将权利要求1所述的微生物共培养制备目标产物的方法中分离的经发酵的秸秆和蒸煮助剂同时添加至无氧的连续蒸煮装置中，进行连续蒸煮；
(ii) 在全封闭无氧条件下，以螺旋挤压方式分离纤维素和含木质素的浆液；
(iii) 在无氧环境下，利用陶瓷膜过滤并浓缩含木质素的浆液，获得浓缩的木质素溶液；
(iv) 将浓缩的木质素溶液送入裂解反应器内，在金属催化剂的催化下，进行裂解反应，获得产物苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(iv)中，裂解反应的温度为210-340℃，如330℃，反应器内的压力为2-4MPa，如2MPa；在步骤(iv)中，所述的催化剂为金属催化剂、金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂或络合催化剂。
7.一种粘胶纤维的制备方法，其步骤如下：权利要求5中步骤ii)分离得到的纤维素进行熔融纺丝制备粘胶纤维。
8.一种厌氧微生物预处理玉米秸秆粘胶纤维浆粕蒸煮中木质素的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将玉米秸秆在玉米收获直接去掉穰叶，将分离出的玉米秸秆皮切段，粉碎，成1~10毫米颗粒，在祛除秸秆和培养基中氧气的厌氧条件下利用瘤胃真菌和其共生菌共培养12~48小时降解米秸秆皮中的不稳定纤维素和半纤维素，将未降解的玉米秸秆纤维和发酵产物分离；
b.将未降解的玉米秸秆纤维在绝氧条件下碱液蒸煮、高温蒸煮，在封闭环境下螺旋挤压出含木质素的浆液；
c.将浆液在绝氧和高温条件下通过陶瓷膜浓缩过滤，过滤液提取碱后添加厌氧发酵产物中和反应后进入污水处理；
d.浓缩木质素进入绝氧裂解反应器，在反应器内加氢反应，添加催化剂催化裂解成苯和甲苯单体及部分苯酚，环己烷。
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《玉米秸皮粘胶纤维浆仿生预处理工艺和蠕动发酵罐研究》;侯哲生;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)农业科技辑》;20081115;D045-3 *

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