面對環(huán)境惡化和能源短缺的潛在危機，以生物質(zhì)資源為替代原料，生產(chǎn)能源和化學(xué)品的生物冶煉技術(shù)受到廣泛地關(guān)注。其中，利用小桐子生產(chǎn)生物柴油是研究熱點之一。隨著小桐子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量廢棄小桐子殼也隨之產(chǎn)生。這些果皮通常被直接燒掉或掩埋，造成了資源的極大浪費。小桐子殼的主要成分是木質(zhì)纖維素，其中纖維素和半纖維素含量分別達(dá)果皮重量的43%和15%。如果加以利用轉(zhuǎn)化成高附加值的精細(xì)化學(xué)品，不僅變廢為寶，創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益，還可以拓展小桐子生物柴油生產(chǎn)工藝的產(chǎn)品品種，提升該工藝的市場競爭力。由纖維素、半纖維素水解生成的可發(fā)酵糖通過微生物發(fā)酵可以獲得很多高價值產(chǎn)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-丁二醇是一種非常重要的化工原料，不僅可以用于液體燃料，還可應(yīng)用于染料、炸藥、香水、藥物載體、樹脂、塑料、有機溶劑、食品添加劑、抗凍劑等行業(yè)。
中科院西雙版納熱帶園生物能源組碩士研究生蔣麗群在郭峰博士和導(dǎo)師方真研究員的指導(dǎo)下，首次以小桐子殼作為原材料用于發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇并取得高的產(chǎn)率。由于小桐子殼中存在毒蛋白、脂質(zhì)、色素和單寧等發(fā)酵抑制性物質(zhì)，直接用作原料時導(dǎo)致2,3-丁二醇的產(chǎn)率非常低，僅為5.5%（理論產(chǎn)率的11%）。生物能源組采用中性洗滌劑，有效地去除了這些抑制物，然后小桐子殼再經(jīng)兩步法稀硫酸水解。第一步水解中，半纖維在較溫和的條件下（0.5h，酸濃度1.5%，150℃）水解，有效地避免了二級降解產(chǎn)物的產(chǎn)生。剩余的纖維素在較苛刻的條件下（1h，酸濃度4%，150 ℃）進(jìn)一步水解，總水解率達(dá)64%，較第一步水解率（37%）得到大的提升。水解產(chǎn)品再經(jīng)中和、濃縮、脫毒處理后，用于微生物發(fā)酵生產(chǎn)2,3-丁二醇。分別以第一步和第二步的水解液作為碳源，2,3-丁二醇的產(chǎn)率分別達(dá)到理論產(chǎn)率的70%和80%。第二步水解所獲得的可發(fā)酵糖更適合用作2,3-丁二醇生產(chǎn)的碳源。隨后經(jīng)發(fā)酵罐擴(kuò)大生產(chǎn)，發(fā)酵時間從60h縮短至40h，生產(chǎn)力提高1.5倍。
該項研究不僅能進(jìn)一步拓展小桐子生物柴油平臺的產(chǎn)品，提高其經(jīng)濟(jì)性，還能進(jìn)一步降低2,3-丁二醇的生產(chǎn)成本。
相關(guān)研究結(jié)果以Production of 2,3-Butanediol from Acid Hydrolysates of Jatropha Hulls with Klebsiella Oxytoca 為題，在國際期刊Bioresource Technology在線發(fā)表。