[發明專利]一種完全利用木質纖維素生產富馬酸的方法

有效

• 申請號: 200810018773.7
• 申請日: 2008-01-23
• 公開（公告）號: CN101225412A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 黃和;李霜;高振;劉寧;何皓
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12P7/46
• 分類號: C12P7/46;C12R1/645
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于生物工程技術領域，尤其是利用木質纖維素資源的微生物發酵產有機酸的方法，具體涉及將木質纖維素完全利用于微生物發酵生產富馬酸的方法。

背景技術

富馬酸(Fumaric?Acid)，是一種重要的有機基本化工原料和精細化工產品，主要用于合成不飽和聚酯樹脂等，廣泛用于涂料、樹脂、醫藥、增塑劑等領域，并可作為添加劑用于食品飼料工業以及醫藥領域。同時作為一種重要的四碳平臺化合物，富馬酸還可以通過酶催化轉化等工藝生產L-天冬氨酸、蘋果酸、琥珀酸等其他四碳化合物。當前富馬酸生產的主流技術是順酐異構法，其原料苯的毒性嚴重限制了富馬酸在食品及醫藥等方面的應用。近年來隨著石油價格的不斷上漲，富馬酸的生產成本也不斷提高，研究利用可再生的生物質資源發酵制備富馬酸成為大勢所趨。

發酵法制備富馬酸的常用菌種為根霉菌(Rhizopus)，如米根霉(R.oryzae)、少根根霉(R.arrhizus)以及黑根霉(R.nigricans)等，使用的原料有葡萄糖、木糖、淀粉等，在發酵過程中產生的主要副產物為蘋果酸、乳酸等雜酸。美國專利US4877731公開了一種通過分階段溶氧控制策略發酵R.arrhizus利用葡萄糖生產有機酸的方法，富馬酸占發酵產總酸的比例約為78％，同時發酵液中含有琥珀酸、蘋果酸、α-酮戊二酸等多種有機酸。本發明人公開了一種富馬酸產生菌及其誘變篩選方法和利用該菌株發酵葡萄糖生產富馬酸的方法，經液體深層發酵富馬酸濃度達到90～120g/L，富馬酸產量占總酸產量的90％～95％。除了使用葡萄糖為原料，Helena?Kautola等利用木糖為原料，固定化發酵R.arrhizus，10.25天后得到富馬酸最大產量為16.4g/L(Appl?MicrobiolBiotechnol，1989，31：448～452)；Carta?F.S等利用根霉菌發酵富含淀粉的木質纖維素木薯甘蔗渣酶解液得到富馬酸產量為21.28g/L(Bioresource?Technology，1999，68：23～28)。到目前為止，主要研究集中于根霉菌發酵葡萄糖生產富馬酸，而以木糖等其他生物質資源作為發酵培養基的碳源，富馬酸產量低，生產速率差，糖酸轉化率低，制約了發酵產富馬酸的工業化。

木質纖維素來源于農作物廢棄物，它包括玉米秸稈、玉米芯、甘蔗渣、廢木屑等工農業廢棄物，含35％～50％的纖維素，20％～35％的半纖維素和10％～15％的木質素，其降解產物中富含大量的糖類，主要有纖維素降解產物葡萄糖以及半纖維素降解產物木糖等。因此，木質纖維素是一筆巨大的潛在資源，若利用得當，就可以化廢為利，兼收經濟、環境和社會效益。對于我國這樣一個人口眾多，人均資源貧乏的農業大國，研究與推廣木質纖維素的資源化對保護環境，發展經濟具有重大的現實意義。

目前對微生物如何有效利用木質纖維素這一方法的研究主要集中于將木質纖維素降解得到的混合糖液用于發酵產乙醇的方面，但是由于葡萄糖對乙醇發酵有很強的抑制作用，以及混和糖利用在乙醇發酵上有困難等問題，在這類產品的生產方法的開發改進問題還有待解決。而其他研究也限于諸如將降解得到的糖液分別分離提純后，再利用純木糖轉化為木糖醇等方面，然而木糖的轉化率低、代謝效率差是解決木質纖維素有效利用的一個關鍵問題，木質纖維素的完全利用還需要在生產方法上進一步改良。

發明內容

本發明的目的是提供一種能將木質纖維素的降解液完全利用于微生物發酵生產富馬酸的方法，主要在于可以將降解半纖維素得到的木糖和降解纖維素得到的葡萄糖幾乎完全利用于發酵生產富馬酸，實現木質纖維素的高效利用，有效降低富馬酸生產的成本。

為了實現本發明的技術目的，本發明采用的技術方案如下：

以兩步法降解木質纖維素得到的兩步降解液為原料，將其分別用于根霉菌的種子培養步驟以及發酵產富馬酸步驟。將降解半纖維素得到的木糖溶液配制成種子培養基用于種子培養的同時，再將降解纖維素的產物葡萄糖溶液配制成發酵產酸培養基用于發酵產富馬酸，實現完全利用木質纖維素發酵生產富馬酸的技術目的。

具體的步驟如下：

1、對木質纖維素進行降解：

本發明所述的對木質纖維素的降解主要是兩步降解法，即首先降解木質纖維素中的半纖維素得到木糖以供種子培養步驟，再降解木質纖維素中的纖維素得到葡萄糖以供發酵產富馬酸步驟。

1)降解半纖維素：