一種電化學(xué)裝置利用玉米芯水解液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于電化學(xué)生物法發(fā)酵領(lǐng)域，具體涉及一種電化學(xué)裝置利用玉米芯水解液 的方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 中國是一個農(nóng)業(yè)大國，玉米是三大糧食作物之一，形成大量的秸桿、玉米芯等生物 質(zhì)原料。目前，中國鯉魚玉米芯的水平較低，絕大部分作為燃料使用，造成較嚴重的資源浪 費。玉米芯主要含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素和半纖維素可以降解形成可發(fā) 酵糖。對玉米芯的處理有多種技術(shù)，包括蒸汽爆破技術(shù)，稀酸預(yù)處理技術(shù)和酸酶水解技術(shù) 等。其中稀酸預(yù)處理技術(shù)較為成熟。
[0005] 丁二酸，又名琥拍酸（succinateacid),是一種常見的天然有機酸，是三羧酸循環(huán) 的中間代謝產(chǎn)物之一，廣泛存在于動、植物和微生物中。作為一種重要的碳四平臺化合物， 丁二酸是重要的中間產(chǎn)物和1，4_ 丁二醇（BDO)、丁內(nèi)酯、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮 (NMP)、已二酸、蘋果酸以及新型的生物降解塑料產(chǎn)品聚丁二酸丁二醇酯（PBS)等專業(yè)化學(xué) 制品的前體物質(zhì)，這些化學(xué)品的市場總額達150億美金。最新的研究結(jié)果還表明丁二酸在 生物降解塑料的制備應(yīng)用方面具有非常廣闊的前景。將丁二酸與1，4-丁二醇進行聚合反 應(yīng)可生成一類新型的生物降解塑料產(chǎn)品--聚丁二酸丁二醇酯（PBS)。
[0006] 丁二酸的合成方法有化學(xué)法和生物法，目前工業(yè)應(yīng)用的主要為化學(xué)法生產(chǎn)丁二 酸?；瘜W(xué)法主要有催化加氫法、石蠟氧化法、電化學(xué)合成法。但是化學(xué)法主要利用不可再生 的石油資源作為原料，成本高，污染嚴重而且無法可持續(xù)發(fā)展，嚴重限制了丁二酸的發(fā)展。 而生物法產(chǎn)丁二酸產(chǎn)量相對較低。近年來，隨著石化資源的日益枯竭，環(huán)境危機日益加劇， 越來越多的國內(nèi)外研究者將目光放在了生物電化學(xué)法制備丁二酸上。與傳統(tǒng)的合成方法相 t匕，生物電化學(xué)法具有明顯的優(yōu)勢。生物電化學(xué)生物法利用玉米芯水解液發(fā)酵產(chǎn)丁二酸具 有降低成本、廢棄物再利用、優(yōu)良的環(huán)境效益以及具有固定溫室氣體〇) 2等優(yōu)勢。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)裝置利用玉米芯水解液 的方法，生產(chǎn)方法簡單，操作方便，廢棄物再利用，低污染，低成本，丁二酸收率高。
[0009] 為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案： 一種電化學(xué)裝置利用玉米芯水解液的方法，包括以下步驟： 步驟1，將玉米芯加到稀硫酸中滅菌后，經(jīng)活性炭脫色、抽濾、旋蒸處理后得玉米芯水解 液； 步驟2,配種子培養(yǎng)基、陰極液、陽極液、種子洗液、電子中介體、DTT; 步驟3,對種子培養(yǎng)基、陰極液、陽極液、種子洗液、電子中介體、DTT、生物電化學(xué)反應(yīng)器 以及血清瓶進行高溫滅菌處理； 步驟4,取滅菌后的血清瓶，接入種子培養(yǎng)基，通入C02后再接入產(chǎn)琥珀酸放線桿菌swcciflogefles)搖床培養(yǎng)后作為發(fā)酵菌種； 步驟5,將發(fā)酵菌種在8000~12000rpm下離心去上清后，用種子洗液洗滌3~5次再離心 得菌體，將菌體接入陰極液，再將〇. 〇2~0. 03g/L的電子中介體和玉米芯水解液加入陰極液 中，混勻，最后接入到生物電化學(xué)反應(yīng)器的陰極腔，再將0. 15~0.25g/L的DTT加入到陽極 液，混勻，接入到生物電化學(xué)反應(yīng)器的陽極腔，其中陰極腔和陽極腔通過質(zhì)子交換膜隔開； 步驟6,向生物電化學(xué)反應(yīng)器的陰極腔內(nèi)通入化學(xué)C02，并調(diào)節(jié)通氣量，再將生物電化學(xué) 反應(yīng)器接通電在37 °C下發(fā)酵得產(chǎn)品。
[0010] 作為優(yōu)選的是，步驟2中電子中介體為苯醌、中性紅、硫素或甲基紫羅堿中的一 種。
[0011] 作為優(yōu)選的是，步驟2,種子培養(yǎng)基（g*!/1)包括葡萄糖10,酵母提取物5,玉米漿 5,NaHC03 10,NaH2P04 ? 2H20 9. 6,K2HP04 ? 3H20 15. 5 ;陰極液（g?I71)包括酵母提取物 5， NaH2P04 ? 2H20 8. 5,Na2HP04 ? 12H20 31. 51，NaHC03 10 ;電子中介體（g?I71) 0? 0288 ;陽極液 (g?L-1)包括Na2HP04 ? 12H20 2. 51，NaH2P04 ? 2H20 2. 81，NaCl1. 45 ;DIT(g?I71) 0? 2 ;種 子洗液（g?L-1)包括Na2HP04 ? 12H20 5，NaH2P04 ? 2H20 5. 6,DTT0? 15。
[0012] 作為優(yōu)選的是，步驟4,產(chǎn)琥拍酸放線桿菌（swcciflogefles)為 NJ113、AATCC55618t、CGMCC1593 或 130ZT中任一種。
[0013] 作為優(yōu)選的是，步驟5,玉米芯水解液中總糖濃度為10~20g/L。
[0014] 作為優(yōu)選的是，步驟6,電壓為-1.8V~-0. 8V;C02的通氣量為0. 02~0. 05L/ (min*L);發(fā)酵時間為12~36h。
[0015] 有益效果 本發(fā)明利用電化學(xué)裝置利用玉米芯水解液的方法簡單，易操作，與現(xiàn)有發(fā)酵技術(shù)相比， 丁二酸的產(chǎn)量提高，其中，玉米芯水解液的最佳總糖濃度為15g/L，產(chǎn)物濃度為7. 8g/L當(dāng)電 壓為-1. 4V時，產(chǎn)物濃度為7. 8g/L，當(dāng)C02的通氣量為0. 04L/ (min*L)，產(chǎn)物濃度為7. 8g/ L。而且使廢物再利用，節(jié)約了成本，低污染，適合工業(yè)化操作。
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【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明方法產(chǎn)丁二酸的液相色譜圖。
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【具體實施方式】
[0019]實施例1 一種電化學(xué)裝置利用玉米芯水解液的方法，包括以下步驟： 步驟1，稀酸法降解玉米芯：每克玉米芯加5mL體積分數(shù)為2%的稀H2S04,121°C，滅菌 20min，活性炭脫色，抽濾、旋蒸。
[0020] 步驟2,配種子培養(yǎng)基、陰極液、陽極液、種子洗液，其中，種子培養(yǎng)基（g*!/1)包 括葡萄糖 10 (分消），酵母提取物 5,玉米漿 5,NaHC03 10,NaH2P04 ? 2H20 9. 6,K2HP04 ? 3H20 15. 5 ;陰極液（g?I71)包括酵母提取物 5,NaH2P04 ? 2H20 8. 5,Na2HP04 ? 12H20 31. 51，NaHC03 10 ;中性紅（g.T1) 0? 0288 ;陽極液（g包括Na2HP04 *12H20 2. 51，NaH2P04.2H20 2. 81， NaCl1. 45 ;DIT(g.I71) 0? 2 ;種子洗液（g.I71)包括Na2HP04.12H20 5，NaH2P04.2H20 5. 6， DTT0. 15。
[0021] 步驟3,對種子培養(yǎng)基、陰極液、陽極液、種子洗液、中性紅、DTT、生物電化學(xué)反應(yīng)器 裝置以及l(fā)〇〇ml的血清瓶在121°C下滅菌20分鐘，備用。
[0022] 步驟4,取滅菌后的血清瓶，接