CN101591684A - 一种固体发酵木质纤维素原料产微生物油脂的方法 - Google Patents

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邬建国
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Abstract

本发明提供了一种固体发酵木质纤维素原料产微生物油脂的方法，其采用产油丝状真菌对木质纤维素原料进行固体发酵，获得发酵物；并从发酵产物中提取油脂，或将发酵物制成固体燃料。通过本发明方法可以获得多不饱和脂肪酸或生物柴油油源，以及通过对发酵物固体压型产生高能量的新型固体燃料。

Description

一种固体发酵木质纤维素原料产微生物油脂的方法
技术领域
本发明涉及微生物发酵工程，具体涉及一种利用产微生物油脂的方法。
背景技术
微生物油脂又称单细胞油脂，是由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定生长条件下，利用碳水化合物为主要碳源，在菌体内合成的油脂。开发利用微生物进行功能性油脂的生产已经成为当今的一大研究热点，目前，国内外有关学者多是采用液态发酵来生产微生物油脂。另一方面，随着化石资源日益减少和世界各国能源供应形势的日趋严峻，可再生能源将成为未来可持续发展能源***的主体，因此，如果能利用固体发酵来生产微生物油脂为生物柴油提供油源，或产生高附加值的固体燃料将会对缓解我国能源资源短缺和调整油品结果具有战略意义。
我国每年都有大量废弃的木质纤维素原料，造成可再生资源的浪费和环境污染。木质纤维素原料的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素以及其它微量元素和灰份，如何有效利用木质纤维素原料对解决我国环境污染和促进经济发展具有重大的意义。近年来国内外对木质纤维素原料的研究非常活跃，主要涉及如何高效的将秸杆转化为燃料乙醇，从而缓解能源资源的短缺和调整油品结构；其热点和难点是在对秸杆的化学结构进行改性，并通过各种预处理方法提高糖化率，以及发酵过程的条件控制以提高燃料乙醇的得率等诸方面。然而利用木质纤维素原料为固体发酵基质进行微生物油脂的生产还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体发酵木质纤维素原料产微生物油脂的方法。
本发明方法利用利用产油丝状真菌对木质纤维素原料进行固体发酵，获得发酵物；并从发酵产物中提取油脂，或直接将发酵物制成固体燃料。此外，还可进一步将提取油脂后的发酵物制成固体燃料。
上述产油丝状真菌可以是Microsphaeropsis sp.、Cunninghamellasp.、Mortierella sp.、Trichoderma sp.、Rhizopus sp.、Fusarium sp.或它们的任意组合。
本发明中所述木质纤维素原料可以是含有木质纤维素的任意原料，例如农作物秸秆、中草药植株和农副产品加工残渣，具体包括玉米秸秆、稻草秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、棉花秸秆、黄豆秸秆、葵花秸秆、芝麻秸秆、花生秸秆、油菜秸秆、红薯藤；三七药渣、甘草药渣；红薯渣、土豆渣、玉米皮、麸皮、甘蔗渣、木薯渣。
为了便于发酵，可在发酵时，向木质纤维素原料中添加适量单糖制成固体发酵培养基。所述单糖可选自葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、果糖、乳糖、甘露糖或它们的任意组合。固体发酵培养基组成按重量比为木质纤维素原料∶单糖∶水＝1∶0.1～1∶1～5，优选为1∶0.3～0.8∶2～4，更优选为1∶0.5∶3。若获取产物为多不饱和脂肪酸，则培养基灭菌；若获取产物为生物柴油油源或固体燃料，则培养基不灭菌。
发酵时，最开始以液体种子进行接种，后续以前面获得的固体发酵基质进行接种，温度控制在20～35℃，保持一定的湿度，通风发酵5～15d。若获取产物为多不饱和脂肪酸，则封闭式发酵；若获取产物为生物柴油油源或固体燃料，则开放式发酵。优化的固体发酵条件为：接种量2～15％，温度控制在25～30℃，保持一定的湿度，通风发酵5～10d。最优的固体发酵条件为：接种量10％，温度控制在28℃，保持一定的湿度，通风发酵8d。
发酵完毕获得的发酵物采用任意现有的油脂提取方法均可实现油脂的获得，并根据选择的菌种和发酵条件的不同，可分别获得多不饱和脂肪酸或生物柴油油源，提取油脂后的残渣再经简单加工制成固体燃料。发酵完毕获得的发酵物可不经过油脂提取，直接进行机械挤压成片、块或球，可制备高密度新型固体燃料。
本发明的优点在于：
1)直接利用木质纤维素原料进行微生物油脂固体发酵生产，较液体发酵具有明显的优势；
2)通过产油丝状真菌开放式固体发酵获得固体新型高密度燃料；
3)获得生物柴油油源及固体燃料过程中，采用开放式的培养方法，易操作，节能。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：产油真菌的获取
本案例中的菌种均可在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心处购买，也可通过下面的操作在自然界中筛选。
以酸性、有机碳丰富的林地土壤、油料植物叶片、树皮等为筛选源，通过对油料植物的表面消毒以及土壤的富集、稀释后，分别选取植物不同组织块或土壤孢子液在链霉素抗性平板上生长和分离，再通过菌丝的染色、显微镜检进行产油真菌的初筛，后再通过CMC培养基上进行发酵复筛，将高产油量、不饱和脂肪酸高含量的丝状真菌保藏备用。
实施例2：固体种子的培养
本例以刺孢小克银汉霉菌种为例来说明固体种子的制备方法。
将刺孢小克银汉霉(Cunninghamella sp.)菌种斜面接种到土豆液体培养基中，28℃下培养48h，以10％(质量百分比)接种量转接入50g固体发酵培养基中(稻草秸秆35g，葡萄糖15g，55mL自来水，灭菌)，培养基展平、静置，28℃下封闭式培养5d，固体种子制备结束。
实施例3：多不饱和脂肪酸的固体发酵(一)
将实施例2制备好的50g固体种子无菌接入500g固体发酵培养基中(稻草秸秆350g，葡萄糖150g，550mL自来水，灭菌)，搅拌均匀，空压机间歇式通入无菌空气，28℃下封闭式发酵8d，γ-亚麻酸产量达到8g/kg发酵干基质。
实施例4：多不饱和脂肪酸的固体发酵(二)
按实施例2制备好的50g固体种子无菌接入300g木质纤维素固体发酵培养基中(土豆渣210g，葡萄糖105g，500mL自来水，灭菌)，搅拌均匀，空压机间歇式通入无菌空气，28℃下封闭式发酵15d，γ-亚麻酸产量达到6.5g/kg发酵干基质以上。
实施例5：生物柴油油源的固体发酵(一)
将实施例2制备好的50g固体种子(Trichoderma sp.)敞开式接入到600g固体发酵培养基中(稻草秸秆420g，葡萄糖180g，800mL自来水，不灭菌)，搅拌均匀，空压机间歇式通入空气，手动间歇式搅拌，28℃下开放式发酵8d，通过常规油脂提取技术获得供生物柴油转化的微生物油脂50g。
实施例6：生物柴油油源的固体发酵(二)
将实施例2制备好的50g固体种子(Trichoderma sp.)敞开式接入到450g固体发酵培养基中(红薯藤300g，葡萄糖150g，800mL自来水，不灭菌)，搅拌均匀，空压机间歇式通入空气，手动间歇式搅拌，25℃下开放式发酵10d，通过常规油脂提取技术获得供生物柴油转化的微生物油脂40g。
实施例7：固体燃料的制备(一)
将实施例2制备好的50g固体种子(Microsphaeropsis sp.)敞开式接入到500g固体发酵培养基中(棉花秸秆400g，葡萄糖100g，900mL自来水，不灭菌)，搅拌均匀，空压机间歇式通入空气，手动间歇式搅拌，28℃下开放式发酵12d，发酵物通过机械挤压成块状，经燃烧，其热值较未发酵样品提高8％。
实施例8：固体燃料的制备(二)
将实施例2制备好的50g固体种子(Microsphaeropsis sp.)敞开式接入到420g固体发酵培养基中(玉米秸秆350g，葡萄糖70g，650mL自来水，不灭菌)，搅拌均匀，空压机间歇式通入空气，手动间歇式搅拌，25℃下开放式发酵15d，发酵物通过机械挤压成块状，经燃烧，其热值较未发酵样品提高10％。
实施例9：固体燃料的制备(三)
将实施例3～6所述的方法获得提取油脂残渣，经机械挤压成饼直接制备成固体燃料，经燃烧实验，其热值较之原料提升5％，同时其着火点更低，燃烧更彻底。

Claims (7)

1、一种固体发酵木质纤维素原料产微生物油脂的方法，其包括步骤：
1)发酵：用产油丝状真菌对木质纤维素原料进行固体发酵，获得发酵物；
2)发酵物加工：从发酵物中提取油脂，或将发酵物制成固体燃料；
3)提取残渣利用：将提取油脂后的残渣制成固体燃料。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产油丝状真菌为Microsphaeropsis sp.、Cunninghamella sp.、Mortierella sp.、Trichoderma sp.、Rhizopus sp.或Fusarium sp.。
3、如权利要求1～2任一项所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素原料为农林药业加工残渣。
4、如权利要求1～2任一项所述的方法，其特征在于，在发酵时，向木质纤维素原料中添加适量单糖制成固体发酵培养基，以利于发酵。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固体发酵培养基按重量比含木质纤维素原料∶单糖∶水＝1∶0.1～1∶1～5。
6、如权利要求1～5所述的方法，其特征在于，发酵条件为：接种量2～25％，温度20～35℃，通风发酵5～15d。
7、如权利要求1～6所述的方法，其特征在于，发酵前将固体发酵培养基灭菌，并采用封闭式发酵，发酵后从发酵物中提取多不饱和脂肪酸；或固体发酵培养基不经灭菌直接进行通风发酵，发酵后从发酵物中提取油脂，用于生物柴油制备，或将发酵物直接制成固体燃料；提取油脂后的残渣经压成片、块或球状制成固体燃料。
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