[發明專利]混菌系統、利用其分解半纖維素的方法及生產酒精的方法

有效

• 申請號: 201710998368.5
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN109694890B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 朱一民;魏毓宏;蔡伸隆
• 申請（專利權）人: 朱一民;長春人造樹脂廠股份有限公司;長春石油化學股份有限公司
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C12P7/10;C12N1/19;C12N9/42
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 官建紅

本發明提供一種生物質酒精的生產方法，其包含重組至少三組酵母菌以得到至少三組重組酵母菌，重組酵母菌包含表達各組間互不相同的融合蛋白的半纖維素轉化菌，該融合蛋白分別為錨定蛋白與各組間互不相同的半纖維素分解酶的組合，且錨定蛋白具有錨定至半纖維素轉化菌表面的能力；以及表達五碳糖發酵酶的五碳糖發酵菌；共培養該至少三組重組酵母菌；使半纖維素接觸該半纖維素分解酶，以得到五碳糖；以及使五碳糖發酵酶將五碳糖轉化為生物質酒精。

技術領域

本發明是關于半纖維素的分解方法。具體而言，本發明是關于一種混菌系統、利用其分解半纖維素的方法及生產酒精的方法。

背景技術

在生物質酒精的工業發展中，目前發展迅速的聯合生物轉化制程(consolidatedbio-process,CBP)將纖維素水解酶及酒精發酵整合于同一反應器中，從而有效降低生產成本。然而，無論任何制程，生物質原料皆必須先經由水解處理轉換為單糖，才可繼續進一步的發酵反應。然而，生物質原料中所含的半纖維素，在過往技術中需于酸性環境、高溫或高壓環境才具有優選的水解效率。但在CBP的制程中，纖維素水解(包含纖維素、半纖維素等)及酒精發酵都要求在酵母菌可存活的環境下進行，無法使用上述方法。故已有嘗試將高效率的半纖維素水解酶的序列通過基因轉殖技術插入到酵母菌內，使酵母菌本身具有半纖維素水解能力以解決上述問題。

然而，半纖維素水解所得到的五碳糖并無有效的利用途徑，此情形造成反應槽內的五碳糖濃度持續升高，進而導致酒精制程的效率低下，以及需不斷除去多余的五碳糖所造成的成本增加。因此，現有技術也有將可利用五碳糖進行發酵的序列轉殖入酵母菌株中，以使酵母菌可同時具有降解半纖維素以及利用五碳糖的能力。但，由于在酵母菌質體中插入過多外源基因，此舉又衍生出重組酵母菌存活能力低下的問題。此現象使實際應用時的生物質酒精生產能力受到一定的限制，尚屬急需解決的問題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種具可調性的半纖維素水解發酵人工混菌系統，建立分別表達不同半纖維素水解酶的酵母菌株，使各酵母菌株僅表達其中一種水解酶。此外，還獨立建立可利用五碳糖進行發酵反應的酵母菌株，并將前述多種菌株整合于單一反應器中以進行CBP制程。本發明的混菌系統可同時克服前述的半纖維素水解問題、五碳糖消耗問題、以及重組酵母菌的存活率問題，提供高產率及低成本的生物質酒精生產制程。

本發明提供一種生物質酒精的生產方法，其包含重組至少三組酵母菌，以得到至少三組重組酵母菌，其中該至少三組重組酵母菌包含至少兩組半纖維素轉化菌，其表達各組間互不相同的融合蛋白，各組間的該融合蛋白分別為錨定蛋白與各組間互不相同的半纖維素分解酶的組合，且錨定蛋白具有錨定至半纖維素轉化菌表面的能力；以及至少一組五碳糖發酵菌，其表達五碳糖發酵酶；共培養該至少三組重組酵母菌；使半纖維素接觸該半纖維素分解酶，以得到五碳糖；以及使五碳糖發酵酶將五碳糖轉化為生物質酒精。

優選地，表達該半纖維素分解酶的基因包含SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ IDNO:3、SEQ ID NO:4、SEQ ID NO:5或其組合。

優選地，表達該融合蛋白的基因包含SEQ ID NO:6及SEQ ID NO:7。

優選地，五碳糖發酵酶包含木糖還原酶、木酮糖激酶或其組合。

優選地，生物質酒精的生產方法為重組六組重組酵母菌、共培養六組重組酵母菌、使半纖維素接觸該半纖維素分解酶、以及使五碳糖發酵酶將五碳糖轉化為生物質酒精。

優選地，六組重組酵母菌中包含五組半纖維素轉化菌，其分別表達由SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4及SEQ ID NO:5表達的半纖維素分解酶；以及一組該五碳糖發酵菌，其表達包含木糖還原酶、木酮糖激酶或其組合的五碳糖發酵酶。

優選地，該半纖維素轉化菌的總細胞數量與該五碳糖發酵菌的細胞數量的比例為4：1。