[發明專利]一種半乳糖基藻類生物質的發酵方法

在審

• 申請號: 201310245930.9
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN104232693A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 楊池;張亞杰;宋慶歡;馬中森;呂學蘭;楊春虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06;C12P5/00;C12P19/02;C12P7/16;C12R1/19;C12R1/865
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明屬于生物能源技術領域，具體涉及一種半乳糖基藻類生物質，即降解后單糖類物質主要為半乳糖的藻類生物質的發酵方法。

背景技術

化石燃料的大量消耗所引起的能源安全和環境氣候變化問題日益嚴重，因此，利用生物等可再生資源生產的生物燃料（例如燃料乙醇、丁醇、異丁醇等）替代化石燃料成為了近幾十年來的研發熱點。例如，目前燃料乙醇已經成功替代了部分石油；但是，燃料乙醇的來源主要為玉米和甘蔗，所以隨著對燃料乙醇需求的日益增加，有可能帶來糧食安全和生態破壞等問題。因此，非糧乙醇逐漸被國內外所關注，而其原料主要包括纖維素類物質和海藻類生物質。

海藻光合作用效率高、產量大，具有不與人爭糧和不與糧爭地的優勢，是目前生物燃料或化工中間體的重點研究方向之一。其中，大型海藻的規模化養殖技術已經相對成熟，在亞洲國家，單位面積的紅藻和褐藻產量最高可達70～80噸/公頃/年，是陸地植物產量的2～4倍，且其用于發酵生產乙醇等燃料或化工中間體的碳水化合物含量豐富，約占其總生物質量的50～70%，因此具有良好的發展前景。

其中，紅藻產量約占總海藻產量的一半，但其糖類物質組成與陸地植物不同，其降解后的單糖主要為半乳糖，即稱為半乳糖基藻類生物。目前，關于藻類生物質發酵方法的研究，大部分都是針對以葡萄糖、果糖等為主要多糖的藻類（稱為葡萄糖基藻類），而并不是針對如紅藻等以半乳糖為主要多糖的藻類。因此，利用現有的方法發酵紅藻生物質時，往往出現半乳糖不發酵或發酵效率偏低的問題，很大程度上限制了大型紅藻生物質的發酵產率。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述技術現狀，提供一種半乳糖基藻類生物質的發酵方法，利用該方法能夠提高半乳糖的發酵效率，從而提高生物燃料或化工中間體等發酵產物的產量。

為了實現上述技術目的，本發明人經過長期實驗探索后發現，半乳糖、葡萄糖和果糖在厭氧發酵中的代謝途徑不同，半乳糖的代謝途徑需要培養體誘導活化菌體才能啟動，而現有的菌體誘導活化過程中所采用的培養體不利于甚至抑制含有半乳糖操縱子的菌體活化，從而大大降低了半乳糖的發酵率。而本發明人在菌體的誘導活化過程中，創造性地采用半乳糖培養體代替目前采用的培養體誘導活化菌體后發現，半乳糖的發酵率大幅度提高，從而大大提高了發酵產物的產量。

本發明的具體技術方案是：一種半乳糖基藻類生物質的發酵方法，該方法包括如下過程：將所述的藻類生物質降解，得到降解產物；采用培養體誘導活化菌體；將誘導活化后的菌體接入該降解產物進行厭氧發酵；其特征是：所述的菌體是含有半乳糖操縱子的酵母或含有半乳糖操縱子的大腸桿菌；所述的菌體誘導活化過程中，培養體為半乳糖培養液或者固體半乳糖培養基。

所述的半乳糖基藻類生物質是指降解后單糖類物質主要為半乳糖的藻類生物質，包括但不限于紅藻等，例如石花菜屬（Gelidium）、蜈蚣藻屬（Grateloupia）、麒麟菜屬（Eucheuma）和江蘺屬（Gracilaria）的大型海藻等。

所述的降解是指將該半乳糖基藻類生物質中的多糖組分充分降解為可利用的單糖，該單糖主要包括半乳糖。該降解技術不限，包括物理降解、化學降解、生物降解等，例如酸水解、酶降解、酸酶降解、微生物降解等。

所述的降解產物形態不限，包括固體、半固體和液體等形態。

所述菌體是含有半乳糖操縱子的酵母或含有半乳糖操縱子的大腸桿菌。其中，酵母來源形式不限，可以是所有可通過分離得到的酵母，如腐敗物質、土樣或水樣；可以是菌體庫中保藏的酵母菌種；可以是商業酵母；也可以是經基因工程改造的酵母以及酵母突變株等。

作為優選，所述的菌體誘導活化過程中，菌體與培養體的質量體積比為0.1%克/毫升～2%克/毫升，進一步優選為0.5%克/毫升。

所述的菌體誘導活化過程可以是靜置誘導培養活化，也可以振蕩誘導培養活化。

作為優選，所述的半乳糖培養體中，半乳糖質量百分比濃度為0.5%～5%（w/v）。

作為優選，所述的菌體誘導活化過程為：將菌體加入半乳糖培養液或固體半乳糖培養基中，在25℃～40℃的溫度下振蕩誘導活化2小時～24小時，振蕩速度為0～300轉每分鐘。

所述的厭氧發酵包括間歇式厭氧發酵、連續厭氧發酵或半連續厭氧發酵等。

所述的厭氧發酵過程中，作為優選，誘導活化后的菌體與降解醪液的體積比為1:1～1:10。

作為優選，所述的厭氧發酵是在25℃～35℃條件下進行。

作為優選，所述的厭氧發酵過程進行12小時～168小時。