一種復(fù)合菌群及其在合成氣發(fā)酵產(chǎn)醇中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)酵工程領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合菌群及其在合成氣發(fā)酵產(chǎn)醇中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，能源分布不均和結(jié)構(gòu)單一已成為制約我國可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一，如何將能量密度低的能源轉(zhuǎn)化成能量密度高且易于儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)哪茉吹膯栴}亟待解決。合成氣是木質(zhì)纖維素等生物質(zhì)部分氧化和高溫分解所產(chǎn)生的混合氣體，它的主要成分為CO和H2,還包括少量的C02、CH4, H2S和^^(等。合成氣能量密度較低且不易存儲(chǔ)運(yùn)輸，一般可通過Fischer-Tropsch合成技術(shù)生成有用的化學(xué)品，如乙酸，乙醇等，與合成氣相比，液態(tài)的有用化學(xué)品(如乙酸，乙醇，丁酸，丁醇等)具有能量密度高，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。
[0003]但是由于面臨反應(yīng)物復(fù)雜，催化劑中毒等問題，F(xiàn)ischer-Tropsch合成技術(shù)發(fā)展相對緩慢。相比之下，合成氣生物發(fā)酵生成液態(tài)的有用化學(xué)品更具有吸引力(諸如不需復(fù)雜預(yù)處理，常溫反應(yīng)，不需要貴重金屬等催化劑的參與等優(yōu)點(diǎn))，還較好避免了因氮?dú)獬煞葸^高影響合成氣后續(xù)利用問題，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的生物質(zhì)利用方法。
[0004]厭氧微生物中的梭狀芽孢桿菌類能夠以H2、CO作為電子供體，以CO2為電子受體，在自養(yǎng)條件下實(shí)現(xiàn)生長并產(chǎn)生如乙酸、乙醇以及2，3- 丁二醇等代謝物，因此極具工業(yè)應(yīng)用潛力。Clostridium(梭狀芽孢桿菌)是目前篩選到的，能夠用于合成氣發(fā)酵的優(yōu)秀菌種。但是由于Clostridium對厭氧環(huán)境的要求較為嚴(yán)格且極易受到雜菌的污染，而一旦菌種受到雜菌污染，產(chǎn)物的純度和產(chǎn)率就會(huì)受到影響，嚴(yán)重時(shí)，菌種全部死亡無法獲得產(chǎn)物。因此，該菌株對發(fā)酵環(huán)境的要求也較高，在發(fā)酵過程中不僅必須保證發(fā)酵裝置中氧氣含量保持在極低的水平，且需注意在發(fā)酵過程中不引入雜菌。如此苛刻的條件在大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的過程中很難實(shí)現(xiàn)。
[0005]因此，應(yīng)進(jìn)一步解決Clostridium易受污染、對厭氧環(huán)境要求茍1刻的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種復(fù)合菌群及其在合成氣發(fā)酵產(chǎn)醇中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的復(fù)合菌群與單一 Clostridium菌株相比耐受性更好，更加穩(wěn)定。將該菌群用于合成氣發(fā)酵產(chǎn)生乙醇的效率較高、純度較大。
[0007]本發(fā)明提供的復(fù)合菌群，包括Clostridium、Thermoanaerobacterium、Lactobacillus和 Thermoanaerobacter0
[0008]Clostridium (梭狀芽抱桿菌)、Lactobacillus (乳酸桿菌屬)、Thermoanaerobacterium (嗜熱厭氧桿菌)、Thermoanaerobacter (嗜熱厭氧桿菌)皆為厭氧細(xì)菌。其中Clostridium能夠在厭氧條件下，將以H2、CO為主要成分的合成氣發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。實(shí)驗(yàn)表明，采用本發(fā)明提供菌株發(fā)酵所得乙醇在培養(yǎng)液中的濃度可達(dá)17.2g/L，分離后檢測表明，產(chǎn)物中乙醇的純度達(dá)92%。并且，該菌群與單一 Clostridium菌株相比耐受性更好，不易受到雜菌的污染，產(chǎn)醇能力更加穩(wěn)定。
[0009]在本發(fā)明的實(shí)施例中，Clostridium、Thermoanaerobacterium、Lactobacillus和Thermoanaerobacter 的數(shù)量比為(86 ?87): (2 ?3): (0.8 ?1.0): (0.1 ?0.2)。
[0010]本發(fā)明提供的復(fù)合菌群中各菌種的數(shù)量百分比為:
[0011]Clostridium 86%?87% ;
[0012]Thermoanaerobacterium 2%?3% ;
[0013]Lactobacillus 0.8%?1.0% ;
[0014]Thermoanaerobacter 0.1%?0.2%ο
[0015]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供的復(fù)合菌群中各菌種的數(shù)量百分比為:
[0016]Clostridium 86.254% ;
[0017]Thermoanaerobacterium 2.046% ;
[0018]Lactobacillus0.921% ;
[0019]Thermoanaerobacter0.107 %0
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施例中，復(fù)合菌群中Clostridium屬主要菌種為ClostridiumIjungdahlii0 Clostridium I jungdahlii 在復(fù)合菌種中的數(shù)量百分比為 84.5%。
[0021 ] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，復(fù)合菌群中還包括Methanosaeta (甲燒絲菌)、Methanobacterium (甲燒桿菌)和 Syntrophobacter (互營桿菌)。
[0022]在一些實(shí)施例中，復(fù)合菌群中Methanosaeta、Methanobacterium 和Syntrophobacter 的數(shù)量百分比為:Methanosaeta 0.029% ；Methanobacterium 0.002% ;Syntrophobacter 0.027% 0
[0023]實(shí)驗(yàn)表明，采用本發(fā)明提供的復(fù)合菌群能夠?qū)⒁訡O和氏為主要成分的合成氣發(fā)酵產(chǎn)生乙醇，適宜條件下，發(fā)酵15天乙醇在培養(yǎng)液中的濃度可達(dá)17.2g/L，分離發(fā)酵產(chǎn)物其中乙醇的純度為92%。發(fā)酵前，復(fù)合菌群中Clostridium的數(shù)量百分比為86.254%，復(fù)合菌群中Clostridium Ijungdahlii的數(shù)量百分比為84.5%。采用本發(fā)明提供的菌群進(jìn)行厭氧發(fā)酵30天后，鏡檢和測序分析結(jié)果表明，菌群中菌種組成的變化不顯著(p〈0.05)，說明該菌群在發(fā)酵過程中表現(xiàn)非常穩(wěn)定。
[0024]本發(fā)明提供的復(fù)合菌群在合成氣生物發(fā)酵中的應(yīng)用。
[0025]在本發(fā)明的實(shí)施例中，合成氣經(jīng)復(fù)合菌群生物發(fā)酵產(chǎn)生乙醇。
[0026]本發(fā)明提供的復(fù)合菌群的篩選方法為將厭氧污泥接種于pH值為4.48?4.53的培養(yǎng)基，厭氧條件下35°C?37°C培養(yǎng)50?60天后得到復(fù)合菌群；
[0027]培養(yǎng)基包括NH4Cl' KH2PO4' Na2SO4' KC1、CaCl2' MgCl2 6H20、MnCl2.4H20、CoC12.2H20、FeSO4 7H20、AlCl3, NaMO4 2H20、H3BO3' NiCl2.6H20、CuC12.2H20、ZnSO4 2H20、EDTA_2Na、生物素、葉酸、維生素B6、核黃素、維生素B1、煙酸、泛酸、維生素B12、對氨基苯甲酸和硫辛酸。
[0028]目前，常利用微生物來凈化污水，按作用微生物的不同，可分好氧處理和厭氧處理兩大類，經(jīng)厭氧處理產(chǎn)生的污泥即為厭氧污泥。本發(fā)明的厭氧污泥采自污水處理廠，經(jīng)測定，其菌群組成為:Thermoanaerobacterium 0.446 % ；Clostridium 0.901 % ;Methanosaeta 70.393 % ；Methanobacterium 7.273 % ;Methanolinea 3.289 % ;E61.084 % ；HA73 1.073 % ；Syntrophobacter 1.029 % ；Thermoanaerobacter 0.0il % ；Lactobacillus 0.002% ;其他菌種 14.499% ο
[0029]在本發(fā)明的實(shí)施例中，培養(yǎng)基中各組分的質(zhì)量份為=NH4Cl 530份；ΚΗ2Ρ04 2 00份；Na2SO4 50 份；KCl 50 份；CaCl2 10 份；MgCl2 6H20 70 份；MnCl2 4H20 0.8 份；CoC12.2H20 1.2份；FeS04 7H20 3.2 份；A1C13 0.5 份；NaMO4 2H20 0.1 份；H3BO3 0.2 份；NiCl2 6H20 0.5 份;CuCl2 2Η20 1.1 份；ZnSO4 2Η20 3.2 份;EDTA_2Na 3.0 份;生物素 2.0 份；葉酸 2.0 份；維生素B6 10份；核黃素5.0份；維生素BI 5.0份；煙酸5.0份；泛酸5.0份；維生素B12 0.1份；對氨基苯甲酸5.0份；硫辛酸5.0份。<