以小桐子壳水解糖发酵生产2,3-丁二醇的工艺取得新进展
面对环境恶化和能源短缺的潜在危机，以生物质资源为替代原料，生产能源和化学品的生物冶炼技术受到广泛地关注。其中，利用小桐子生产生物柴油是研究热点之一。随着小桐子产业的发展，大量废弃小桐子壳也随之产生。这些果皮通常被直接烧掉或掩埋，造成了资源的极大浪费。小桐子壳的主要成分是木质纤维素，其中纤维素和半纤维素含量分别达果皮重量的43%和15%。如果加以利用转化成高附加值的精细化学品，不仅变废为宝，创造出较高的经济效益，还可以拓展小桐子生物柴油生产工艺的产品品种，提升该工艺的市场竞争力。由纤维素、半纤维素水解生成的可发酵糖通过微生物发酵可以获得很多高价值产品，比如甲酸、乙酸，乳酸，甲醇、乙醇以及2,3-丁二醇等。其中，2,3-丁二醇是一种非常重要的化工原料，不仅可以用于液体燃料，还可应用于染料、炸药、香水、药物载体、树脂、塑料、有机溶剂、食品添加剂、抗冻剂等行业。
我园生物能源组（http://brg.groups.xtbg.ac.cn/）硕士研究生蒋丽群在郭峰博士和导师方真研究员的指导下，首次以小桐子壳作为原材料用于发酵生产2,3-丁二醇并取得高的产率。由于小桐子壳中存在毒蛋白、脂质、色素和单宁等发酵抑制性物质，直接用作原料时导致2,3-丁二醇的产率非常低，仅为5.5%（理论产率的11%）。生物能源组采用中性洗涤剂有效地去除了这些抑制物，然后小桐子壳再经两步法稀硫酸水解。第一步水解中，半纤维在较温和的条件下（0.5 h，酸浓度1.5%，150 °C）水解，有效地避免了二级降解产物的产生。剩余的纤维素在较苛刻的条件下（1 h，酸浓度4%，150 °C）进一步水解，总水解率达64%，较第一步水解率（37%）得到大的提升。水解产品再经中和、浓缩、脱毒处理后，用于微生物发酵生产2,3-丁二醇。分别以第一步和第二步的水解液作为碳源，2,3-丁二醇的产率分别达到理论产率的70%和80%。第二步水解所获得的可发酵糖更适合用作2,3-丁二醇生产的碳源。随后经发酵罐扩大生产，发酵时间从60 h缩短至40 h，生产力提高1.5倍。该项研究不仅能进一步拓展小桐子生物柴油平台的产品，提高其经济性，还能进一步降低2,3-丁二醇的生产成本。
近日，文章（Li-Qun Jiang, Zhen Fang*, Feng Guo, Lin-bin Yang，Production of 2,3-Butanediol from Acid Hydrolysates of Jatropha Hulls with Klebsiella Oxytoca）被国际期刊《Bioresource Technology》接收，在线发表（http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2011.12.083 ）。