过程工程所在利用生物油发酵生产丁二酸方面取得进展
生物质经过热化学裂解作用产生生物油(bio-oil)，bio-oil经过进一步的加工之后，可以转化为车用燃料，有望代替传统的汽油等。与汽油相比，生物油的氧含量高(40-50w/w%)，H/C比例低，并且含水量比较大(15 - 30 w/w%)。这些因素造成了生物油的低热值。近来的研究发现，通过简单的分级可以将生物油分割为水相生物油和有机相生物油两部分。分级之后的有机相部分加工比较方便，水相部分则因为含水量高很难进一步加工。
中科院过程工程研究所邢建民研究员团队提出了将这部分生物油作为菌体生长和丁二酸发酵的碳氮源研究思路。首先，在传统的丁二酸发酵培养基中添加0%，12.5%，25%，50%，100% 的bio-oil， 考察产丁二酸大肠杆菌的菌体生长情况。结果显示，在添加12.5%bio-oil时菌体生长得最好，继续增加bio-oil的浓度，菌体生长会受到抑制。葡萄糖消耗和丁二酸的产生也和菌体生长相对应，即菌体生长最好时，糖耗和产生的丁二酸都最多。该结果表明，bio-oil可以为微生物生长及丁二酸发酵提供营养。进一步确定了生物油中哪些成分可以被利用，该团队采用改进的M9培养基，分别在仅有碳源(葡萄糖)和氮源(NH4Cl)的情况下，添加5%和 20%的bio-oil，结果显示，在以葡萄糖作为碳源，bio-oil充当氮源的情况下，菌体生长和产生的丁二酸都随着bio-oil浓度增加而稍有增加。而在以NH4Cl充当氮源，不同浓度bio-oil充当碳源的情况下，菌体的生长和产生的丁二酸都明显增加。最后，将生物质酶解糖液与bio-oil 混合，在这种仅添加无机盐的生物质源培养基中进行了丁二酸发酵，当bio-oil添加量为12.5%时，丁二酸产量达到11.5g/L。同时，利用GC- MS对发酵前后生物油的组分进行了分析，发现bio-oil中的多种成分可以被微生物利用。相关成果发表在该领域国际期刊Biotechnology for Biofuels.(Biotechnol Biofuels. 2013, 6:76 )
该研究得到了国家“863”计划(863 Project, no.2011AA02A203)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(KSCX2-EW-G-2)的资助和支持。
图1 Bacterial growth in modified M9 media;
图2 生物质热化学处理和酶解处理发酵产丁二酸
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