[發明專利]利用芭蕉芋發酵生產丁二酸的方法

有效

• 申請號: 201010268362.0
• 申請日: 2010-08-26
• 公開（公告）號: CN101948879A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 過鑫富;林關羽;白彥兵;陳萬河;劉宇鵬;陳良;孫志浩
• 申請（專利權）人: 浙江杭州鑫富藥業股份有限公司
• 主分類號: C12P7/46
• 分類號: C12P7/46;C12R1/01
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明屬于微生物發酵技術領域，具體涉及一種利用廉價芭蕉芋原料發酵生產丁二酸的方法，同時涉及琥珀酸放線桿菌(Actinobacillus?succinogenes)在以芭蕉芋為原料制備丁二酸的方法中的應用。

背景技術

丁二酸是一種重要的有機化合物，被美國FDA認定為GRAS(一般認為安全)，已廣泛應用于醫藥、農藥、染料、香料、油漆、食品、塑料和照相材料工業等。丁二酸目前存在五個主要的市場：第一，作為表面活性劑、清潔劑、防凍劑、添加劑和起泡劑；第二，作為離子螯合劑，用于在電鍍行業防止金屬的溶蝕和點蝕；第三，在食品行業中作為酸化劑、pH改良劑、風味物質和抗菌劑；第四是和健康有關的產品，包括醫藥、抗生素、氨基酸和維生素等；第五個市場也是最具發展前景的市場，即用于合成生物聚酯，主要用來生產生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)或替代己二酸生產六碳二羧酸合成多羥基聚酯和聚氨酯橡膠等。這些化工產品目前都是以石油或煤化工產品(如苯、丁烷等)為原料合成的，資源緊缺，不可再生。

目前，國內外石油化工廠一般先采用丁烷生成順丁烯二酸酐(馬來酸酐)，然后再進行電解還原反應，生成丁二酸。以化學方法獲得丁二酸，不僅底物馬來酸酐和催化劑的價格較高，并且不可避免地要消耗不可再生的石化資源，對環境造成污染。

與其他發酵相比，丁二酸發酵作為一種發酵產品和工藝具有明顯的優點。例如，在葡萄糖發酵產乙醇的過程中形成了2mol?CO₂廢氣；丁二酸發酵中則是消耗了CO₂。由于發酵法生產丁二酸是以可再生糖源和CO₂作為主要原料，因此微生物發酵法生產丁二酸，具有成本低和擺脫對石化原料依賴的優點，而且開辟了溫室氣體二氧化碳利用的新途徑，對環境保護具有積極的意義。此外，與普通的好氧發酵相比較，作為微生物法生產丁二酸屬于厭氧發酵，其能耗也相對較低。因而，總體來說，低能耗、低排放是丁二酸發酵的主要特點，符合目前低碳經濟的標準，對環境友好。

目前文獻報道的發酵法生產丁二酸研究用培養基碳源多為糧食原料。比如美國Argonne報道了從玉米(淀粉水解液)生產化學品丁二酸的消息(www.ipd.anl.gov/biotech/index.html，2002)，日本三菱化學和味之素公司也聯合開發了采用以玉米淀粉為原料發酵生產丁二酸(http://www.bio168.com，2005)。

由于近幾年使用糧食原料的生物工業的蓬勃發展，今年來糧食原料出現短缺，價格上漲明顯，糧食安全成為焦點，所以使用價格低廉的非糧原料為發酵主要碳源是降低發酵法生產丁二酸成本的一個關鍵因素。

已有一些利用不同非糧原料發酵生成丁二酸的報道，如韓國Lee?PC等與Kim?DY等曾先后報道了Mannheimia?succiniciproducens?MBEL55E發酵乳清原料和發酵木漿水解液生產丁二酸。2002年日本地球環境產業技術研究機構的Inui等人報道使用轉基因微生物從廢紙發酵制取丁二酸，但上述研究結果產率很低。江南大學的孫志浩等人從肉牛瘤胃中篩選的琥珀酸放線桿菌Actinobacillus?succinogenes?CGMCC1593能發酵的糖質原料包括葡萄糖、果糖、麥芽糖、木糖、蔗糖、乳糖、半乳糖等糖類，也能利用多種農副產品如乳糖、木薯、玉米、甜菜、甘蔗糖蜜、菊芋和甜高粱等，也適于發酵秸稈、木材工業下腳料，制糖造紙業下腳料和城市纖維垃圾等木質纖維物的水解糖漿原料生產丁二酸。

通過研究，我們發現芭蕉芋原料也能夠用來發酵生產丁二酸。

芭蕉芋(Cannaedulis?Ker)，又稱蕉藕、姜芋等名，為蕉科、美人蕉屬中的一種單子葉塊根植物。芭蕉芋原產于南美洲和東南亞，以后逐漸傳入世界各地，上世紀30年代傳入中國南方的云南、貴州、四川、廣西、海南等一些省區。

芭蕉芋的主要成分為淀粉，其含量高達17％～18％，一畝地可產芭蕉芋2500～5500kg。芭蕉芋干片化學組成為：淀粉66.0％，灰分2.80％，粗纖維2.65％，脂肪0.28％，蛋白質3.63％，單寧0.19％，水分17.10％，并具有成本低、雜質少、淀粉顆粒粗、糊化溫度低、應用價值大等特點(劉桂香等，食品與發酵工業，2003(9)：104～106)。由于芭蕉芋適口性較差，傳統習慣僅用作飼料，因而在中國南方等省區尚未得到很好的開發利用。

芭蕉芋原料發酵生產丁二酸與用小麥、玉米等糧食原料發酵生產丁二酸相比，能節約大量糧食，有利于國家糧食安全。目前，還沒有見到利用芭蕉芋原料發酵生產丁二酸的研究報道。