木质纤维素丁酸预处理及其高效合成丁醇的调控

作者：周泰然; 侍永江; 桂铮; 王诗洁; 曹瑾; 时号; 罗洪镇^*

来源：林业工程学报, 2023, 8(06): 115-121.

DOI：10.13360/j.issn.2096-1359.202306007

• 农林废弃物
• 预处理
• 丁酸
• 丁醇发酵
• 优化调控

利用可再生的木质纤维素资源生产丁醇等液态燃料，可以实现农林废弃生物质的高值转化。以典型农林废弃物玉米秸秆为研究对象，选取丁醇生物合成前体物质丁酸作为预处理剂，拟建立生物质高效解聚/酶解及丁醇合成的优化工艺。结果表明：在180℃、50 g/L丁酸溶液中预处理0.5 h后，固体组分中的葡聚糖质量分数提高至47.25%,葡聚糖质量回收率达88.53%;在此预处理工艺下将固体组分进行酶解，当固液比和纤维素酶添加量分别为1∶5(g∶mL)和10 FPU/g底物时，酶解72 h的葡萄糖质量浓度达到70.8 g/L。这说明丁酸预处理可以有效破解玉米秸秆的复杂结构，进而提高纤维素酶的可及度。以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC 824)为发酵菌株，探究了秸秆酶解得到的葡萄糖和预处理残余丁酸作为底物进行丁醇合成的性能。当利用秸秆酶解产生的葡萄糖作为补料碳源时，丁醇产量从4.89 g/L提高到9.34 g/L。将秸秆酶解液和残余丁酸作为共底物补料时，发酵结束时的丁醇产量和生产效率分别达到10.58 g/L和0.147 g/(L·h),比对照组提高了116%,这表明酶解葡萄糖和丁酸可以提高细胞中丁醇合成通路的代谢强度，实现了丁酸预处理条件下玉米秸秆高效合成燃料丁醇的目标。研究结果可为利用农林废弃物资源生产生物燃料提供理论和技术支撑。

• 单位
  淮阴工学院; 生命科学与食品工程学院