耐碱木质素转化菌和碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺

本发明属于木质素生物转化工艺，涉及一种耐碱木质素转化菌和碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺。

背景技术：

1、木质素是由对香豆基、松柏基和芥子基三种芳醇通过醚键(c-o-c)和碳-碳键(c-c)相互连接聚合形成的三维无定形芳香族聚合物，被认为是最丰富的可再生芳香族化合物。目前木质素全球每年产量近5000万吨，主要源自于造纸制浆行业。这些木质素中只有1-5％用于生产附加值较高的产品，例如混凝土添加剂、分散剂、动物饲料、树脂、粘合剂和香兰素等，剩下的大部分木质素只作为低级燃料。尽管目前已经进行了大量研究以提高木质素的附加值，但由于木质素独特的结构使其高值化利用路线尚未在工业规模上得到有效验证。

2、受(半)纤维素生物转化路线和木质素生物降解过程的启发，人们也提出了木质素的生物转化路线，即木质素首先被解聚，然后由野生或工程微生物将解聚的低分子量碎片转化为目标化合物。特别是，木质素解聚和转化的综合生物处理可由一个强大的微生物或微生物联合体实现。利用木质素的微生物代谢途径将木质素解聚并将木质素的解聚产物富集到一种或少数几种化合物可以达到从木质素制备相关化合物的目的。相比于传统的化学裂解法，生物转化法不仅避免了高温、高压和催化剂的使用，而且通过生物漏斗式的微生物代谢途径将木质素裂解产物富集到一种或少数几种化合物也避免了后期繁重的产物分离纯化工作。事实上，一些木质素代谢微生物已被利用，并通过上述生物途径从木质素或木质素衍生的芳烃中制备了一些有价值的化合物，如微生物脂类、多羟基烷酸、有机酸、芳烃等。而在大多数报道的案例中，木质素衍生的芳烃，而不是真正的木质素，被采用为底物。

3、众所周知，底物与微生物/酶的充分接触是生物转化/生物催化过程的先决条件。水系统中的低溶解度会降低整个转化效率。木质素的高分子量和疏水基团是木质素生物转化的主要障碍之一，由于目前大部分的反应都需要在溶液中进行，大多数类型的木质素在常规水介质中的溶解度很低，减少了微生物/酶与木质素的接触概率，使得木质素生物转化的效率低。此外，不同于大部分天然木质素，工业木质素是通过一系列化学转化(包括一些预处理工艺和制浆工艺回收)从天然木质素中提取出来的。一系列的前处理过程使工业木质素和天然木质素在c-c键和c-o键相互连接的方式上表现出差异，这些差异使得木质素在常规溶剂，例如水溶液中的溶解性进一步降低。如果木质素完全溶解在水系统中，木质素分解的微生物/酶将更有效地接触和作用于木质素。

4、事实上，碱性水溶液系统已被采用来溶解几种类型的木质素，如碱性木质素和牛皮癣木质素。最近的研究表明，木质素在碱性溶液中的溶解度随着溶剂的极性、溶液的粘度和应用的碱性试剂的阳离子半径而有很大的变化。据推测，如果碱性水系统被用于木质素生物转化，木质素的高溶解度和均匀的反应系统可能会促进转化效率的提高。然而，很少有微生物能在碱性水系统中生存，在木质素生物转化中所有溶液系统的ph值都被调整到7.0左右，增加了木质素生物转化工艺的成本。

技术实现思路

1、为了解决常规水溶液中木质素溶解性低而导致木质素生物转化效率低，碱性水溶液可以促进木质素的溶解和解聚，但大部分木质素转化菌株并不能在碱性溶液中生存的问题，本发明提供一种耐碱木质素转化菌和碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺。该方法通过将木质素溶解在碱液中，有效解决木质素溶解度低的问题，同时加入耐碱菌株，其可以在富含木质素成分的碱性溶液中生长，协同促进木质素的生物转化效率。

2、本发明的技术方案如下：

3、耐碱木质素转化菌和碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺，包括以下步骤：

4、将耐碱木质素转化菌菌悬液加入含碱木质素的培养基中，调节培养基ph为11～12，进行木质素的生物降解。

5、优选地，所述的含碱木质素的培养基的组成为：碱木质素20g/l，na2hpo4 13.56g/l、kh2po4 6g/l、nacl 1g/l、nh4cl 2g/l、mgso4 0.492g/l、cacl2 0.111g/l，微量元素。

6、本发明所述的耐碱木质素转化菌可通过商业购买获得。

7、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

8、本发明采用耐碱木质素转化菌株和木质素碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺，较传统的木质素生物转化方法，其发酵液中木质素的溶解度达到99.7％。耐碱木质素转化菌株能够在该ph条件下较好的存活，并高效执行其木质素降解转化能力。

技术特征：

1.耐碱木质素转化菌和碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的木质素生物转化工艺，其特征在于，所述的含碱木质素的培养基的组成为：碱木质素20g/l，na2hpo4 13.56g/l、kh2po4 6g/l、nacl 1g/l、nh4cl2g/l、mgso40.492g/l、cacl2 0.111g/l，微量元素。

技术总结本发明公开了一种耐碱木质素转化菌和碱溶液联合使用的木质素生物转化工艺。所述工艺通过将耐碱木质素转化菌菌悬液加入含碱木质素的培养基中，调节培养基pH为11～12，进行木质素的生物降解。本发明较传统的木质素生物转化方法，其发酵液中木质素的溶解度达到99.7％，耐碱木质素转化菌株能够在该pH条件下较好的存活，并高效执行其木质素降解转化能力。技术研发人员：金明杰,李洁,许召贤受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12