[發明專利]一種中鏈脂肪酸碳鏈延長功能微生物及其富集方法和應用

在審

• 申請號: 202011319229.3
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112391292A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 劉和;吳平;鄭志永;李靜;劉宏波;符波
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12N1/02
• 分類號: C12N1/02;C12P7/64
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明涉及一種中鏈脂肪酸碳鏈延長功能微生物及其富集方法和應用。本發明以加熱預處理后的產酸顆粒污泥為接種菌源，通過在第一階段高濃度的底物濃度(乙醇、乙酸)進行碳鏈延長微生物的定向馴化，獲得產中鏈脂肪酸的碳鏈延長功能微生物種源，繼續在第二階段通過接種白酒廢水優化底物濃度和培養初始pH參數，最終獲得了一組能夠有效氧化乙醇進行碳鏈延長，生產丁酸、己酸的微生物菌群。該方法可原位富集產酸顆粒污泥中的碳鏈延長微生物，并實現低值化學品的高度增值，集污染治理和資源利用于一體的應用技術，具有較高的應用價值。

技術領域

本發明屬于環境微生物技術領域，具體涉及一種中鏈脂肪酸碳鏈延長功能微生物及其富集方法和其應用。

背景技術

碳鏈延長功能微生物是一類利用電子供體氧化和反向β氧化循環過程，每次循環增加兩個碳原子，實現短鏈揮發性脂肪酸碳鏈延長，合成中鏈脂肪酸的厭氧微生物的總稱。碳鏈延長功能微生物能夠在常溫常壓下將多種碳源(例如乙醇、乳酸和合成氣等)作為電子供體氧化，為其自身提供生長所需的能量，同時將短鏈的電子受體如揮發性脂肪酸(例如乙酸、丙酸、丁酸等)轉化成中鏈脂肪酸(如己酸、庚酸、辛酸等)，實現低值化學品的高度增值。其中，常見的電子供體和電子受體為乙醇和乙酸。

隨著對碳鏈延長功能微生物生理生化特征的不斷深入研究，人們發現該類功能微生物在環境保護和化工能源等領域都有著重要的應用價值。目前，市售的中鏈脂肪酸主要來源于椰子等經濟植物的提取，也可以通過酶、催化劑催化法化學合成，但工藝復雜，且生產成本較高，工業級己酸價格約17000元/噸，辛酸價格約20000元/噸。基于碳鏈延長功能微生物的碳鏈延長技術為中鏈脂肪酸的生產提供了一個有效的選擇，要實現碳鏈延長，需要提供電子供體和電子受體。一方面，乙醇可以被氧化成乙酰輔酶A作為合成中鏈脂肪酸的碳源，另一方面氧化過程中釋放的能量可以提供碳鏈延長啟動所需的還原當量，這是實現鏈延長的先決條件。乙酸作為碳骨架接受乙醇氧化產生的電子，和生成的乙酰輔酶A，在碳鏈延長功能微生物的反向β氧化作用下，每個循環增加兩個碳原子，實現碳鏈的延伸。

目前，絕大多數利用碳鏈延長微生物實現中鏈脂肪酸的合成仍處于實驗室研究階段。主要原因如下：首先，碳鏈延長反應適合開放式培養，需要多種厭氧功能微生物的參與，包括克氏梭菌屬(Clostridium)、真桿菌(Eubacteriaceae)、假單胞菌屬(Pseudomonas)等，一般多見于白酒、黃酒和醋等發酵工業產生的窖泥或動物的瘤胃中，導致該類功能微生物群落的來源易受到限制，其富集底物的類型具有高度選擇性。其次，碳鏈延長反應易受到功能微生物活性和環境因素的影響，如易受pH和底物濃度的影響，過高或低于最適反應pH(5.2～6.0)，碳鏈延長反應幾乎停止；再如乙醇濃度過高(＞20g/L)，功能微生物的生長受到強烈抑制，但低于2g/L時，碳鏈延長所需的還原力不足。最后，以乙醇和乙酸生產中鏈酸的碳轉化率低是限制其工程化應用的另一障礙。

發明內容

基于上述技術問題，本發明以產酸顆粒污泥為碳鏈延長功能微生物的環境來源，通過接種白酒廢水優化底物濃度和pH條件，成功實現了從污泥中馴化、富集碳鏈延長功能微生物，并達到中鏈脂肪酸高效生產的目的。因此，本發明對我國化工、食品和能源等多行業擺脫現有的復雜、高價的化學和酶法等工藝合成中鏈脂肪酸的困境，具有重要的經濟價值和研究意義。

作為本發明的一個方面，提供一種中鏈脂肪酸碳鏈延長功能微生物的富集方法，具體包括以下步驟：

(1)預處理產酸顆粒污泥：采集新鮮的產酸顆粒污泥，冷藏保存于4℃冰箱中，搖晃均勻后置于燒杯中進行水浴加熱處理，以完全抑制產甲烷菌活性，得到預處理顆粒污泥；

(2)制備顆粒污泥懸液：將步驟(1)制得的顆粒污泥重懸接種到含乙醇和乙酸的德國微生物菌種保藏中心NO.15630標準液體培養基中，得到顆粒污泥懸液；