本發(fā)明屬于蕨根資源的利用領域，特別涉及一種蕨根發(fā)酵生產丁醇的方法。

背景技術：
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丁醇是一種重要的溶劑，也是涂料、塑料和橡膠等產品的主要原料。近年來，丁醇還被認為是一種極具潛力的新型生物燃料。與甲醇和乙醇相比，丁醇具有良好的水不溶性，低蒸汽壓，高熱比等特點，能夠與汽油達到更高的混合比，更適合在現有的燃料供應和分銷系統(tǒng)中使用。以Clostridium.acetobutylicum為代表的梭菌可以在其代謝過程中產生丙酮、丁醇、乙醇三種主要成分的混合物，稱為溶劑。傳統(tǒng)的丁醇發(fā)酵底物為玉米和小麥，生產成本較高。隨著我國近年來對能源需求的加劇，繼續(xù)采用大量糧食發(fā)酵生產丁醇勢必會造成糧食危機。盡管目前世界各國都在積極開展木質纖維素替代淀粉發(fā)酵的研究，然而木質纖維素水解液含糖量低以及預處理過程中產生的抑制物嚴重影響了正常的菌種發(fā)酵。相比之下，采用非糧淀粉或糖類原料發(fā)酵生產丁醇更具有經濟可行性。

蕨根主要由成分特殊的高級淀粉組成。蕨根中淀粉含量約20%，蕨根淀粉稱為蕨粉，制取之可供食用及糊料。蕨根粉如上所述，雖然營養(yǎng)藥用價值很高，但人們并不把它當做糧食加以利用，這一方面是蕨粉食用并不可口，另一方面也不宜大量長期食用，如果當作主糧食用，還有可能產生一定的副作用。開發(fā)蕨根更大的利用價值勢在必行。

技術實現要素：

為提高蕨根的利用價值，本發(fā)明提供一種利用蕨根進行微生物發(fā)酵生產生物丁醇的方法，旨在利用低價原料獲得一種穩(wěn)定的生物丁醇的生產方法，滿足生物丁醇在能源、化工等領域的應用需求。將高山被孢霉與蕨根醪共同發(fā)酵，提高了溶劑濃度，同時也是高山被孢霉干菌體資源化利用的一個方法。

本發(fā)明解決技術問題，采用如下技術方案：

一種利用蕨根發(fā)酵生產丁醇的方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成種子培養(yǎng)基，121℃滅菌21min備用；

（2）接種瓶：將菌種接種到步驟（1）制備好的種子培養(yǎng)基中，在30-42℃溫度下培養(yǎng)18-48h；

（3）高山被孢霉干菌體的處理：高山被孢霉培養(yǎng)后，將含有高山被孢霉的發(fā)酵液，抽濾，干燥至恒重，研磨成粉末，篩子過篩，得到高山被孢霉干菌體粉末；

（4）制備蕨根粉發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，加適量水蒸煮30-90min，制成蕨根醪；往蕨根醪中加入高山被孢霉干菌體粉末組成丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，培養(yǎng)基的pH值自然，121℃滅菌21min；蕨根醪的濃度為5-30%；高山被孢霉干菌體的添加量為0.2-1.0g/L；

（5）接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子轉接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)時間72-168h，得到含有丁醇的發(fā)酵液。

步驟（4）所述的蕨根粉加水蒸煮時間為60min。

步驟（1）所述的種子培養(yǎng)基的質量百分比為2%-20%。

步驟（4）所述的高山被孢霉干菌體的添加量為0.6g/L。

步驟（4）所述的蕨根醪的濃度為15%。

步驟（5）所述的接種量為5%-15%。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明工藝簡單，成本低，采用蕨根和高山被孢霉干菌體為原料共同發(fā)酵，提高了丁醇濃度，不需要酶解和糖化過程，可直接發(fā)酵生產丁醇，并幾乎達到了玉米淀粉的發(fā)酵水平；

2、本發(fā)明中在每升蕨根醪中加入0.2-1g高山被孢霉干菌體共同發(fā)酵，提高了蕨根發(fā)酵液中的丁醇產量，同時也是高山被孢霉干菌體的資源化利用。

3、本發(fā)明為野生蕨有效利用開辟了一個新的途徑，緩解了目前糧食發(fā)酵生物燃料中存在的“與人爭糧，與糧爭地”的難題。

4、本發(fā)明利用野生蕨根粉進行發(fā)酵獲得丁醇， 原料成本低。

總之，本發(fā)明不僅為生物燃料丁醇的生產提供了新的原料，解決現有糧食淀粉發(fā)酵生產丁醇成本偏高的問題，也為蕨根資源的綜合利用和產業(yè)化發(fā)展開辟了新的方向，同時也為高山被孢霉干菌體的資源化利用提供了新途徑。

附圖說明：

圖1是不同濃度蕨根醪作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基時，最終發(fā)酵液中丁醇的產量。

圖2是在質量分數為15%的蕨根醪培養(yǎng)基中添加不同濃度的高山被孢霉干菌體共同發(fā)酵時，最終發(fā)酵液中的溶劑產量。

具體實施方式：

本發(fā)明所用菌株為丙酮丁醇梭狀芽孢桿菌Clostridium acetobutylicum CGMCC 1.0134，菌種以甘油管保存于-80℃冰箱內，每6個月轉存一次。

實施例1

1)制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成質量分數為2%-20%的種子培養(yǎng)基，滅菌備用；

2)接種瓶：將菌種丙酮丁醇梭菌ClostridiumacetobutylicumCGMCC1.0134接到制備好的種子培養(yǎng)基里，在30-42℃進行培養(yǎng)，培養(yǎng)18-48h；

3)制備發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，過40目篩，加水蒸煮60min，制成質量分數為15%的蕨根醪，對蕨根醪進行酶解：首先添加5-15U/g（淀粉）淀粉酶，淀粉酶55-80℃酶解20-120min，再添加100-300U/g（淀粉）糖化酶40-60℃酶解30-120min，水解液作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，pH值自然，滅菌；

4)接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子液轉接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為5%-15%，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)72-168h。取處理后的發(fā)酵液，測得溶劑產量。

5)丁醇產量最高為5.4g/L，總溶劑產量為10.9g/L。與未經酶處理的對照相比，溶劑產量幾乎一樣。以下實施例2-4的培養(yǎng)基均未經酶處理。

實施例2

6)制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成質量分數為2%-20%的種子培養(yǎng)基，滅菌備用；

7)接種瓶：將菌種丙酮丁醇梭菌ClostridiumacetobutylicumCGMCC1.0134接到制備好的種子培養(yǎng)基里，在30-42℃進行培養(yǎng)，培養(yǎng)18-48h；

8)制備發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，過40目篩，加水蒸煮30-60min，分別制成質量分數為5%，8%，10%，15%，20%，30%的蕨根醪，作為丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，pH值自然，滅菌；

9)接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子液轉接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為5%-15%，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)72-168h，取處理后的發(fā)酵液，測得溶劑產量，結果為：

當蕨根醪質量分數為15%時，丁醇產量最高為5.5g/L，總溶劑產量為10.8g/L。

實施例3

1)制備種子培養(yǎng)基：將玉米粉過40目篩，加水蒸煮30-240min，配制成質量分數為2%-20%的種子培養(yǎng)基，滅菌備用；

2)接種瓶：將菌種丙酮丁醇梭菌ClostridiumacetobutylicumCGMCC1.0134接到制備好的種子培養(yǎng)基里，在30-42℃進行培養(yǎng)，培養(yǎng)18-48h；

3)高山被孢霉干菌體的處理：高山被孢霉培養(yǎng)后，將含有高山被孢霉的發(fā)酵液，抽濾，干燥至恒重，研磨成粉末，篩子過篩，得到高山被孢霉菌粉；

4)制備發(fā)酵培養(yǎng)基：取蕨根粉碎，過40目篩，加水蒸煮30-60min，制成質量分數為15%的蕨根醪，再分別添加0.2，0.4，0.6，0.8，1g/L的高山被孢霉干菌體粉末組成丁醇發(fā)酵培養(yǎng)基，pH值自然，滅菌；

5)接發(fā)酵瓶：將培養(yǎng)18-48h的種子液轉接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為5%-15%，30-42℃培養(yǎng)，培養(yǎng)72-168h。取發(fā)酵液，處理后，測得溶劑產量，結果為：

當高山被孢霉干菌體的添加濃度0.6g/L時，發(fā)酵液中丁醇含量最高為6.5g/L，其中總溶劑產量達到11.4g/L。相對于對照，丁醇濃度提高了21.5%。

實施例1-3蕨根發(fā)酵生產丁醇的過程，蕨根醪不經酶處理與經過酶處理的蕨根醪作為發(fā)酵培養(yǎng)基時，溶劑產量幾乎沒有差別；蕨根醪最適濃度為15%；高山孢霉干菌體的最適濃度為0.6g/L，產量提高了21.5%。