[發明專利]一株同步利用葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株及其應用

有效

• 申請號: 201510021602.X
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104673712B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張杰;張曉東;李巖;華棟梁;許海朋;梁曉輝;趙玉曉;金付強;牧輝;高旻天
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/10;C12P7/16;C12R1/145
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 曲志波

一株能同步利用葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株及其應用。該菌株為拜氏梭菌SE?2，菌種保藏號為CCTCC No.M2014384。本發明通過自然環境中能夠同步利用葡萄糖與木糖產丁醇和乙醇微生物的篩選，獲得了一株能夠同步利用葡萄糖與木糖的菌株，該菌株為革蘭氏陽性產芽孢桿菌，可以同步利用玉米芯水解液中的葡萄糖與木糖生產丁醇和乙醇。木質纖維素水解液中葡萄糖與木糖的同步利用可以消除發酵過程的“二次生長現象”，縮短發酵周期，提高生產過程底物利用效率和裝備的生產強度，進而提高木質纖維素生產丁醇和乙醇產業的經濟性。

技術領域

本發明涉及屬于生物工程技術領域，特別是一株同步利用木質纖維素原料水解液中葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株及其應用。

背景技術

由于溫室效應及環境壓力的不斷加劇，尤其是化石資源的不斷耗竭，以可再生生物質資源為原料的生物能源及化工品（如生物丁醇、生物乙醇等醇類）受到各國越來越多的重視。此外，大力發展生物質能源還可以提供更多的就業機會并減少CO₂排放。丁醇及乙醇等醇類生產主要有化學法和生物法，其中生物法是通過微生物將糖類發酵轉化成丁醇及乙醇，是產業發展的未來方向。木質纖維素原料以其來源豐富且可再生的特點，成為生物能源發展最主要的原料來源。木質纖維素原料轉化制造生物丁醇、乙醇的工藝路線可以概括為：原料預處理和水解為單糖；糖液發酵生成丁醇、乙醇；產物蒸餾回收等。盡管上述工藝路線具備可行性，但仍有諸多技術瓶頸需要克服。僅就菌種而言，纖維水解液中五碳糖和六碳糖的同步利用是迫切需要解決的難點之一。木糖被轉入胞內之后通過木糖異構酶和木酮糖激酶兩步催化反應生成5-磷酸木酮糖，隨后進入磷酸戊糖途徑。微生物在利用復雜碳源過程中普遍存在代謝物阻遏效應，即易利用碳源（如葡萄糖）的快速利用對其它碳源（如木糖）的代謝產生阻遏作用。傳統的生物丁醇發酵過程主要以糖蜜及淀粉等葡萄糖基原料為碳源，因此無需考慮木糖等五碳糖利用的問題。生產中常用的產丁醇丙酮梭菌雖然能夠高效代謝葡萄糖生產丁醇，且能直接利用木糖等五碳糖生產丁醇，但是當發酵液中同時存在葡萄糖與木糖時，其對木糖的代謝過程受葡萄糖的影響，即存在“葡萄糖阻遏效應”，發酵過程只有當葡萄糖基本耗盡以后，才啟動木糖代謝。傳統的丁醇、乙醇發酵主要利用糖蜜、淀粉等富含葡萄糖原料，因此菌株是否存在葡萄糖阻遏效應，對于生產沒有影響。但是，伴隨纖維素丁醇、乙醇產業的發展，以木質纖維素水解液為原料進行丁醇、乙醇發酵過程必然要面對葡萄糖阻遏效應對發酵過程的影響。因為，木質纖維素原料水解液中，不僅含有葡萄糖，而且含有木糖及阿拉伯糖等五碳糖。因此篩選能夠同步利用五六碳糖的產丁醇、乙醇菌株，對于促進纖維素丁醇、乙醇的發展意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一株同步利用葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株及其應用，該菌株是從自然環境中分離篩選出來，為丁醇和乙醇的生產提供一種發酵宿主，以克服目前生產菌株無法同步利用木質纖維素水解液中葡萄糖與木糖等五六碳糖的局限。

本發明通過以下技術方案達到上述目的：一株同步利用葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株，其特征是該菌株拜氏梭菌SE-2，拉丁文學名Clostridium beijerinckii SE-2；該菌株已于2014年8月19日保藏于中國典型培養物保藏中心（CCTCC），地址：中國武漢武漢大學，郵編430072，保藏號CCTCC No.M2014384。

一株同步利用葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株的應用，其特征是以木質纖維素原料水解液為原料利用保藏號CCTCC No.M2014384的拜氏梭菌SE-2發酵，同步利用水解液中的葡萄糖與木糖生產丁醇和乙醇，實現木質纖維素水解液全糖利用。

本發明的具體特點還有，木質纖維素原料包括玉米芯、玉米秸稈、小麥秸稈及枝椏中的一種或幾種。

一株同步利用葡萄糖與木糖生產醇類燃料的菌株的應用，其特征是它包括如下步驟：（1）配置種子培養基，將拜氏梭菌SE-2接入種子培養基中進行一級種子培養和二級種子培養；（2）在發酵罐中進行厭氧發酵培養。