一種固體發酵木質纖維素原料產微生物油脂的方法

2023-05-28 11:57:36

專利名稱：一種固體發酵木質纖維素原料產微生物油脂的方法
技術領域：
本發明涉及微生物發酵工程，具體涉及一種利用產微生物油脂的 方法。
背景技術：
微生物油脂又稱單細胞油脂，是由酵母、黴菌、細菌和藻類等微 生物在一定生長條件下，利用碳水化合物為主要碳源，在菌體內合成 的油脂。開發利用微生物進行功能性油脂的生產已經成為當今的一大 研究熱點，目前，國內外有關學者多是釆用液態發酵來生產微生物油 脂。另一方面，隨著化石資源日益減少和世界各國能源供應形勢的曰 趨嚴峻，可再生能源將成為來來可持續發展能源系統的主體，因此， 如果能利用固體發酵來生產微生物油脂為生物柴油提供油源，或產生 高附加值的固體燃料將會對緩解我國能源資源短缺和調整油品結果 具有戰略意義。
我國每年都有大量廢棄的木質纖維素原料，造成可再生資源的浪 費和環境汙染。木質纖維素原料的主要成分是纖維素、半纖維素和木 質素以及其它微量元素和灰份，如何有效利用木質纖維素原料對解決 我國環境汙染和促進經濟發展具有重大的意義。近年來國內外對木質 纖維素原料的研究非常活躍，主要涉及如何高效的將秸杆轉化為燃料
乙醇，從而緩解能源資源的短缺和調整油品結構；其熱點和難點是在 對秸杆的化學結構進行改性，並通過各種預處理方法提高糖化率，以 及發酵過程的條件控制以提高燃料乙醇的得率等諸方面。然而利用木 質纖維素原料為固體發酵基質進行微生物油脂的生產還鮮有報導。

發明內容
本發明的目的在於提供一種固體發酵木質纖維素原料產微生物油脂的方法。
本發明方法利用利用產油絲狀真菌對木質纖維素原料進行固體發
酵，獲得發酵物；並從發酵產物中提取油脂，或直接將發酵物製成固 體燃料。此外，還可進一步將提取油脂後的發酵物製成固體燃料。
上述產油絲狀真菌可以是M/cros/ /7aewpw、 sp.、 CM"m."g/z(3me〃" sp.、 AfoWz'ere〃a sp.、 Jh'c/zo(ierma sp.、 i /2/zo/ W51 sp.、 Fwsarz.ww sp.
或它們的任意組合。
本發明中所述木質纖維素原料可以是含有木質纖維素的任意原 料，例如農作物秸稈、中草藥植株和農副產品加工殘渣，具體包括玉 米秸稈、稻草秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈、棉花秸稈、黃豆秸稈、葵
花秸杆、芝麻秸稈、花生秸稈、油菜秸稈、紅薯藤；三七藥渣、甘草 藥渣；紅薯渣、土豆渣、玉米皮、麩皮、甘蔗渣、木薯渣。
為了便於發酵，可在發酵時，向木質纖維素原料中添加適量單糖 製成固體發酵培養基。所述單糖可選自葡萄糖、麥芽糖、蔗糖、果糖、 乳糖、甘露糖或它們的任意組合。固體發酵培養基組成按重量比為木 質纖維素原料單糖水=1: 0.1 ~ 1: 1~5，優選為1: 0.3~0.8: 2~4, 更優選為1: 0.5: 3。若獲取產物為多不飽和脂肪酸，則培養基滅菌； 若獲取產物為生物柴油油源或固體燃料，則培養基不滅菌。
發酵時，最開始以液體種子進行接種，後續以前面獲得的固體發 酵基質進行接種，溫度控制在20~35°C,保持一定的溼度，通風發 酵5~15d。若獲取產物為多不飽和脂肪酸，則封閉式發酵；若獲取 產物為生物柴油油源或固體燃料，則開放式發酵。優化的固體發酵條 件為接種量2~15%，溫度控制在25 3(TC，保持一定的溼度，通 風發酵5-10d。最優的固體發酵條件為接種量10%,溫度控制在 28°C,保持一定的溼度，通風發酵8d。
發酵完畢獲得的發酵物釆用任意現有的油脂提取方法均可實現 油脂的獲得，並根據選擇的菌種和發酵條件的不同，可分別獲得多不
4飽和脂肪酸或生物柴油油源，提取油脂後的殘渣再經簡單加工製成固 體燃料。發酵完畢獲得的發酵物可不經過油脂提取，直接進行機械擠 壓成片、塊或球，可製備高密度新型固體燃料。 本發明的優點在於
1 )直接利用木質纖維素原料進行微生物油脂固體發酵生產，較液 體發酵具有明顯的優勢；
2)通過產油絲狀真菌開放式固體發酵獲得固體新型高密度燃料； 3 )獲得生物柴油油源及固體燃料過程中，釆用開放式的培養方法， 易搡作，節能。
具體實施例方式
以下實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的 限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或 條件所作的修改或替換，均屬於本發明的範圍。若未特別指明，實施 例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。
實施例l:產油真菌的獲取
本案例中的菌種均可在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微 生物中心處購買，也可通過下面的搡作在自然界中篩選。
以酸性、有機碳豐富的林地土壤、油料植物葉片、樹皮等為篩選 源，通過對油料植物的表面消毒以及土壤的富集、稀釋後，分別選取 植物不同組織塊或土壤孢子液在鏈黴素抗性平板上生長和分離，再通 過菌絲的染色、顯微鏡檢進行產油真菌的初篩，後再通過CMC培養 基上進行發酵復篩，將高產油量、不飽和脂肪酸高含量的絲狀真菌保 藏備用。
實施例2:固體種子的培養
本例以刺孢小克銀漢黴菌種為例來說明固體種子的製備方法。 將刺孢小克銀漢黴(C柳m'"g/2ame〃a sp.)菌種斜面接種到土豆液體培養基中，28。C下培養48h，以10% (質量百分比)接種量轉接 入50g固體發酵培養基中(稻草秸稈35g,葡萄糖15g, 55mL自來水, 滅菌)，培養基展平、靜置，28t:下封閉式培養5d，固體種子製備結束。
實施例3:多不飽和脂肪酸的固體發酵(一)
將實施例2製備好的50g固體種子無菌接入500g固體發酵培養 基中(稻草秸稈350g，葡萄糖150g， 550mL自來水，滅菌)，攪拌均 勻，空壓機間歇式通入無菌空氣，28X:下封閉式發酵8d， Y-亞麻酸產 量達到8g/kg發酵幹基質。
實施例4:多不飽和脂肪酸的固體發酵(二)
按實施例2製備好的50g固體種子無菌接入300g木質纖維素 固體發酵培養基中(土豆渣210g，葡萄糖105g, 500mL自來水，滅 菌)，攪拌均勻，空壓機間歇式通入無菌空氣，28。C下封閉式發酵15d， y-亞麻酸產量達到6.5g/kg發酵幹基質以上。
實施例5:生物柴油油源的固體發酵(一)
將實施例2製備好的50g固體種子(7Wc/wc^ma sp.)敞開式接 入到600g固體發酵培養基中(稻草秸稈420g,葡萄糖180g， 800mL 自來水，不滅菌)，攪拌均勻，空壓機間歇式通入空氣，手動間歇式 攪拌，2『C下開放式發酵8d，通過常規油脂提取技術獲得供生物柴 油轉化的微生物油脂50g。
實施例6:生物柴油油源的固體發酵(二)
將實施例2製備好的50g固體種子(7Wc/w&，a sp.)敞開式接 入到450g固體發酵培養基中(紅薯藤300g，葡萄糖150g， 800mL 自來水，不滅菌)，攪拌均勻，空壓機間歇式通入空氣，手動間歇式 攪拌，25"C下開放式發酵10d，通過常規油脂提取技術獲得供生物柴 油轉化的微生物油脂40g。實施例7:固體燃料的製備(一)
將實施例2製備好的50g固體種子(M/crosp/zaero/w" sp.)敞開 式接入到500g固體發酵培養基中(棉花秸稈400g,葡萄糖100g， 900mL自來水，不滅菌)，攪拌均勻，空壓機間歇式通入空氣，手動 間歇式攪拌，28。C下開放式發酵12d,發酵物通過機械擠壓成塊狀， 經燃燒，其熱值較未發酵樣品提高8%。
實施例8:固體燃料的製備(二)
將實施例2製備好的50g固體種子(M/cm^/wera/w^ sp.)敞開 式接入到420g固體發酵培養基中(玉米秸稈350g,葡萄糖70g,650mL 自來水，不滅菌)，攪拌均勻，空壓機間歇式通入空氣，手動間歇式 攪拌，25。C下開放式發酵15d，發酵物通過機械擠壓成塊狀，經燃燒， 其熱值較未發酵樣品提高10%。
實施例9:固體燃料的製備(三)
將實施例3~6所述的方法獲得提取油脂殘渣，經機械擠壓成餅 直接製備成固體燃料，經燃燒實驗，其熱值較之原料提升5%，同時 其著火點更低，燃燒更徹底。
權利要求
1、一種固體發酵木質纖維素原料產微生物油脂的方法，其包括步驟1)發酵用產油絲狀真菌對木質纖維素原料進行固體發酵，獲得發酵物；2)發酵物加工從發酵物中提取油脂，或將發酵物製成固體燃料；3)提取殘渣利用將提取油脂後的殘渣製成固體燃料。
2、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述產油絲狀真菌為 M/cmsp/2aeropi sp. 、 C謂剛Vzg/zame〃a sp. 、 MoWere〃a sp.、 7Wc/ ocier附a sp.、 朋/zo/ms sp.或T^an'調sp.。
3、 如權利要求1 2任一項所述的方法，其特徵在於，所述木質纖維素原料為農林藥業加工殘渣。
4、 如權利要求1 2任一項所述的方法，其特徵在於，在發酵時， 向木質纖維素原料中添加適量單糖製成固體發酵培養基，以利於發 酵。
5、 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述固體發酵培養 基按重量比含木質纖維素原料單糖水=1: 0.1-1: 1~5。
6、 如權利要求1-5所述的方法，其特徵在於，發酵條件為接 種量2~25%,溫度20 35。C，通風發酵5 15d。
7、 如權利要求1 6所述的方法，其特徵在於，發酵前將固體發 酵培養基滅菌，並釆用封閉式發酵，發酵後從發酵物中提取多不飽和 脂肪酸；或固體發酵培養基不經滅菌直接進行通風發酵，發酵後從發 酵物中提取油脂，用於生物柴油製備，或將發酵物直接製成固體燃料； 提取油脂後的殘渣經壓成片、塊或球狀製成固體燃料。
全文摘要
本發明提供了一種固體發酵木質纖維素原料產微生物油脂的方法，其採用產油絲狀真菌對木質纖維素原料進行固體發酵，獲得發酵物；並從發酵產物中提取油脂，或將發酵物製成固體燃料。通過本發明方法可以獲得多不飽和脂肪酸或生物柴油油源，以及通過對發酵物固體壓型產生高能量的新型固體燃料。
文檔編號C12R1/77GK101591684SQ20091008676
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月29日 優先權日2009年6月29日
發明者張曉昱, 鄔建國 申請人:華中科技大學