[發明專利]一種提高微生物發酵生產2,3?丁二醇的方法

有效

• 申請號: 201310537914.7
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN104611401B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 張霖;廖莎;姚新武;師文靜
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C12P39/00
• 分類號: C12P39/00;C12P7/18;C12R1/245;C12R1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物化工領域，具體涉及一種通過兩種微生物共發酵來提高發酵菌生產2,3-丁二醇的方法。

背景技術

2,3-丁二醇可以作為一種潛在的平臺化合物，替代傳統的平臺化合物，用于大規模合成甲乙酮（優良溶劑）和1,3-丁二烯（廣泛應用于合成橡膠、聚酯和聚亞胺酯等領域）。除此之外，2,3-丁二醇還可用于制備油墨、香水、熏蒸劑、增濕劑、軟化劑、增塑劑、炸藥及藥物手性載體等，2,3-丁二醇的氧化產物3-羥基丁酮和丁二酮可作為食用香料使用；同時，因其熱值較高，與乙醇、甲醇相當，故可作為燃料添加劑；2,3-丁二醇酯化后可生成聚氨酯泡沫的前體；2,3-丁二醇與乙酸反應生成2,3-丁二醇二乙酸酯，該酯可加到奶油中改善風味；2,3-丁二醇在我國還被添加到白酒中，以改善白酒的風味。2,3-丁二醇脫氫變成雙乙酰，雙乙酰在食品工業中作為一種具有很高價值的風味。2,3-丁二醇的L型異構體可用于抗凍劑。2,3-丁二醇酯化物能作為制作藥物和化妝品的前體。目前2,3-丁二醇的合成主要采用以石油裂解物為來源的化學法，但隨著石油資源的大量消耗和不可再生資源價格的節節攀升，發展環境友好的生物基化學品的生物煉制技術已成為轉變經濟增長方式、保障生態鏈良性循環、實現經濟社會可持續發展的戰略需求。

隨著生物技術的廣泛應用，2,3-丁二醇主要以微生物發酵法生產，工業發酵生產2,3-丁二醇主要菌種有克雷伯氏菌屬(Klebsiella)、沙雷氏菌屬(Serratia)、芽孢桿菌屬(Bacillus)和氣單孢菌菌屬(Arobacter)，其生物發酵工藝已相對成熟。隨著生物發酵生產2,3-丁二醇研究的深入，克雷伯氏菌逐漸成為一種優勢菌種，成為研究的熱點。

CN200910046726.8公開了一種肺炎克雷伯氏菌及其制備氫氣和2,3-丁二醇的方法，其在厭氧的條件下發酵聯產氫氣和2,3-丁二醇，增加了生產的附加值，但是2,3-丁二醇的產量很低。CN200710021641.5 公開了一種產酸克雷伯氏菌及其應用，利用該產酸克雷伯氏菌生物合成2,3-丁二醇并降低該過程中副產物有機酸的產量，但是該法處理前后 2,3-丁二醇產量增加并不明顯。CN200810138838.1公開了一株肺炎克雷伯氏菌及其在制備2,3-丁二醇中的應用，但是以葡萄糖為底物進行2,3-丁二醇的轉化屬于氧化代謝途徑，克雷伯氏菌屬于典型的兼性厭氧微生物，在發酵初期生物量累積較慢，以至于發酵周期較長。CN200410037692.3公開了一種微生物兩段發酵法由甘油生產1,3-丙二醇和2,3丁二醇的方法，采用前期厭氧后期好氧兩段發酵的新工藝，雖然利用厭氧與好氧的條件控制，能夠對發酵菌株代謝過程進行人為調控，但是對于由單一發酵菌株的發酵過程而言，這樣的調控效果一般，而且會引入更多的發酵副產物。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種提高微生物發酵生產2,3-丁二醇的方法。該方法將克雷伯氏菌和乳酸菌進行共發酵生產2,3-丁二醇，一方面以乳酸菌優化糖代謝，增加中間代謝產物的供給，提高2,3-丁二醇的發酵水平；另一方面，通過調控發酵過程中氧氣的供給量，調節兩種菌的代謝途徑，在提高2,3-丁二醇產量的同時，獲得經濟效益更好的高濃度雙乙酰。

本發明微生物發酵生產2,3-丁二醇的方法，包括以下步驟：（1）種子液培養：以MRS培養基進行乳酸菌的培養，獲得乳酸菌種子液；以LB培養基進行克雷伯氏菌的培養，獲得克雷伯氏菌種子液；（2）發酵培養：在發酵培養基中接入兩種菌株混合的發酵種子液，在發酵初始階段以厭氧或微氧發酵為主，當光密度OD₆₅₀（OD₆₅₀是指波長為650nm光照下測得的OD值）大于5時增加通氣量，進行好氧發酵。

本發明方法中，所采用的乳酸菌為干酪乳桿菌；所采用克雷伯氏菌優選肺炎克雷伯氏菌。

本發明方法中，乳酸菌種子液與克雷伯氏菌種子液按照1:1～1:3的比例配成發酵種子液。

本發明方法中，種子液培養過程如下：將菌種保藏液與種子培養基按體積1:100～1:500的比例混合于培養反應器內，培養溫度為30℃～40℃，攪拌速度為100rpm～400rpm，pH控制在4～7之間，種子液培養過程中保持微氧或厭氧條件。

本發明方法中，微氧發酵時無空氣通入，依靠發酵液中溶解氧維持微氧狀態；厭氧發酵時通入流速為0.1vvm～0.5vvm的氮氣；好氧發酵時通入流速為0.5vvm～1vvm的空氣。