CN111154812A - 一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3-丁二醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3‑丁二醇的方法，该方法包括如下步骤：配制土豆培养基；培养解淀粉芽孢杆菌种子液，将餐厨垃圾粉碎，过筛，灭菌，加入培养好的种子液，发酵48小时即可产生2,3‑丁二醇。本方法使用生物质废弃物为底物，产生高值化学品2,3‑丁二醇，具有较高的经济效益和社会效益，可大规模推广。

Description

一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3-丁二醇的方法

技术领域

本发明属于废弃物资源化再利用领域，具体是一种使用餐厨垃圾分离底物发酵生产2,3-丁二醇的方法。

背景技术

2,3-丁二醇是一种重要的平台化工原料，广泛应用于聚酯、防冻剂、燃料添加剂等领域，有着极为重要的经济价值。2,3-丁二醇的生产基于发酵法进行，即将葡萄糖或淀粉等为底物发酵生产。然而该种发酵方法依赖于粮食作物的大量消耗，对粮食安全造成影响，且不利于发酵生产成本的降低。

餐厨垃圾是广泛产生的一种可再生资源，然而目前的处理方式多数为填埋，造成了巨大的环境污染。餐厨垃圾中含有丰富的碳源及氮源，可供微生物发酵使用。传统的餐厨垃圾为底物发酵生产化学品，需要进行除去油脂的过程及糖化的过程，消耗了大量的水及能源，因此该种方法并未得到普及。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3-丁二醇的方法，该方法利用解淀粉芽孢杆菌，以产生含量较高的2,3-丁二醇，该方法有着较好的经济效益和社会效益。

为了实现上述目的，本发明提供一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3-丁二醇的方法包括如下步骤：

1)配制土豆培养基：马铃薯淀粉10g，酵母粉2g，葡萄糖3g，用水溶解后定容至1000mL，121℃灭菌25分钟，冷却至室温；

2)将解淀粉芽孢杆菌接种入土豆培养基，37℃，转速200rpm，培养12h，至OD₆₀₀>2，制得解淀粉芽孢杆菌种子液；

3)将餐厨垃圾粉碎，过4目筛，按1:1质量体积比加入到水中，121℃灭菌20分钟，冷却至室温，制成发酵培养基；

4)将解淀粉芽孢杆菌种子液按照10％的体积比加入到发酵培养基中，37℃、搅拌转速160-200转/分钟，发酵反应48小时，得到2,3-丁二醇。

2,3-丁二醇的进一步提纯采用常规方法即可。

优选地，所述解淀粉芽孢杆菌的菌种编号为CICC10025。

普通芽孢杆菌发酵生产2,3-丁二醇需要葡萄糖作为碳源，而将淀粉、纤维素转化为葡萄糖的糖化过程需要消耗大量的能量。本发明使用能够产生淀粉酶和纤维素酶的解淀粉芽孢杆菌，直接将餐厨垃圾中的淀粉和纤维素成分酶解为葡萄糖，并利用其产生2,3-丁二醇，避免了为芽孢杆菌提供碳源的过程。同时，该菌还具有降解油脂的效果，也免去了餐厨垃圾除油的过程，实现了工业上的节能减排目标。

本发明提供一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3-丁二醇的方法，该方法灭菌后的餐厨垃圾为底物，无需除油、糖化等一系列高耗能耗水的工艺，利用产解淀粉芽孢杆菌发酵餐厨垃圾生产工业产品2,3-丁二醇，一方面可以有效去除餐厨垃圾的存量，减少餐厨垃圾对于环境的污染，另一方面还可以拓展2,3-丁二醇的生产途径，发酵法工艺简单，环境友好，具有良好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

材料：

1.解淀粉芽孢杆菌购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)，菌种编号为CICC10025。

2.土豆培养基：马铃薯淀粉10g，酵母粉2g，葡萄糖3g，用水溶解后定容至1000mL，121℃灭菌25分钟，冷却至室温后使用。

本发明从众多商业菌株中筛选出具有同时产生淀粉酶和纤维素酶，并且能同时利用淀粉酶和纤维素酶的菌株解淀粉芽孢杆菌CICC10025作为发酵餐厨垃圾的目标菌种，同时该菌种还具有降解油脂的效果。

实施例1

取购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的解淀粉芽孢杆菌CICC10025的甘油冻存管，以1％的体积比例加入至灭菌的土豆培养基中，置于摇床培养，37℃，转速200rpm，培养12h，菌种培养完成后得到种子液。将餐厨垃圾粉碎，过4目筛，并且按照1:1的质量体积比加入自来水混合，置于灭菌锅中灭菌，灭菌条件为121℃保持20分钟，冷却至室温，制成发酵培养基。将解淀粉芽孢杆菌种子液按照10％的体积比加入至灭菌后的餐厨垃圾发酵培养基中，该培养基置于摇床中，37℃200转/分钟，培养48小时后，测量2,3-丁二醇浓度可达15g/L。

产生的2,3-丁二醇可以使用常规工艺进行提纯。

实施例2

取购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的解淀粉芽孢杆菌，CICC10025的甘油冻存管，以1％的体积比例加入至灭菌的土豆培养基中，置于摇床培养，37℃，转速200rpm，培养12h，菌种培养完成后得到种子液。将餐厨垃圾粉碎，过4目筛，并且按照1:1的质量体积比加入自来水混合，置于发酵罐，灭菌条件为121℃保持20分钟。将种子液按照10％的体积比加入至灭菌后的餐厨垃圾培养基中，之后将该发酵罐打开运行，培养温度为37℃，转速为160转每分钟，通气比例为1:1，培养48小时后，测量2,3-丁二醇浓度可达60g/L。

产生的2,3-丁二醇可以使用常规工艺进行提纯。

由于实施例1中为在摇床中完成，属于实验室级别，摇床震荡的速度为200转，自然溶氧；实施例2中为在发酵罐中完成，用于工业生产，电机的搅拌转速为160转，而发酵罐中，溶氧量比较充足，因此产物产量会比摇瓶中提高很多。

从上述实施例可以看出，本发明使用解淀粉芽孢杆菌将餐厨垃圾发酵产生2,3-丁二醇，无需糖化和除油过程，节约能源，将消除环境污染和生产化学原料的过程合二为一，达到了一举两得的效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种以餐厨垃圾为底物发酵产2,3-丁二醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)配制土豆培养基：马铃薯淀粉10g，酵母粉2g，葡萄糖3g，用水溶解后定容至1000mL，121℃灭菌25分钟，冷却至室温；

2)将解淀粉芽孢杆菌接种入土豆培养基，37℃，转速200rpm，培养12h，至OD₆₀₀>2，制得解淀粉芽孢杆菌种子液；

3)将餐厨垃圾粉碎，过4目筛，按1:1质量体积比加入到水中，121℃灭菌20分钟，冷却至室温，制成发酵培养基；

4)将解淀粉芽孢杆菌种子液按照10％的体积比加入到发酵培养基中，37℃、搅拌转速160-200转/分钟，发酵反应48小时，得到2,3-丁二醇。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解淀粉芽孢杆菌的菌种编号为CICC10025。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中解淀粉芽孢杆菌接种量按体积比为土豆培养基的1％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中进发酵时进行通气，通气比例为0.5-1:1。