[发明专利]一种利用糖蜜原料发酵生产琥珀酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用糖蜜原料发酵生产琥珀酸的方法，属生物制造技术领域。

背景技术

琥珀酸(succsinic acid)，又称丁二酸，分子式为C₄H₆O₄，分子量为118.09，是一种常见的天然有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。

琥珀酸是工业上一种重要的四碳化合物，它作为有机合成原材料、中间产物或专业化学制品广泛应用在食品、医药、农药、染料、香料、油漆、塑料和材料工业。其最大的市场是用于表面活性剂、清洁剂、绿色溶剂、离子鳌合剂、生物可降解塑料等领域。其在食品行业中作为酸化剂、pH改良剂、风味物质和抗菌剂，以及作为原料或中间体用于医药、抗生素、氨基酸和维生素的生产(ApplMicrobiol Biotechnol，51：545-552，1999)。目前，发酵法生产琥珀酸和它大多数衍生物的合成还处在进一步研究和开发阶段。

目前已开发出多项技术将琥珀酸转化为重要的工业化学品，包括N-甲基吡咯烷酮、1，4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯、PBT树脂、己二酸等。其中许多化工产品目前都是以苯为原料合成的，苯是石油或煤化工产品，资源紧缺，不可再生。现报道大约有250种以苯为原料的化工产品可以通过琥珀酸为原料来生产。因此，全球对琥珀酸的需求不断增加。

工业上琥珀酸的生产方法主要为化学方法，主要有石蜡氧化法、轻油氧化法、丁烷氧化法、丁二腈水解法、催化加氢法以及以乙烯和一氧化碳为原料的电解氧化法。目前，国内外主要使用的是催化加氢法。以化学方法获得琥珀酸，不可避免地要消耗大量不可再生的化石原料，还具有转化率低，易污染环境等弊端。

琥珀酸的生产可通过发酵方法来进行，由于化石原料的日趋减少，用微生物发酵碳水化合物生产琥珀酸的方法日益受到人们的重视。由于发酵法生产琥珀酸是以可再生糖源(如葡萄糖)和二氧化碳作为主要原料，因此微生物发酵法生产琥珀酸，具有成本低和摆脱对石化原料依赖的优点，而且开辟了温室气体二氧化碳利用的新途径，更加显示了环境友好特征。

琥珀酸是继柠檬酸后最具市场潜力的发酵有机酸产品之一，但目前都还是用化学方法生产。根据美国Michigan大学MBI研究所的估计，在未来几年内，琥珀酸的总需求将达到100万吨的水平。

目前文献报道的发酵法生产琥珀酸研究用培养基原料多为葡萄糖，无论是牛瘤胃中分离的Actinobacillus succinogenes、基因工程构建的大肠杆菌Escherichia coli生产琥珀酸的方法都是如此。使用价格低廉的碳源是降低发酵法生产琥珀酸成本的一个关键因素。目前，已有一些利用不同原料发酵生成琥珀酸的报道，比如美国Argonne在网上报道了从玉米(淀粉水解液)生产化学品琥珀酸的消息(www.ipd.anl.gov/biotech/index.html)，日本三菱化学和味之素公司也联合开发了采用以玉米淀粉为原料发酵生产丁二酸(http://www.bio168.com，2005)，但还未查到相关的研究文献。韩国Lee PC等与Kim DY等先后报道了Mannheimia succiniciproducens MBEL55E发酵乳清原料和发酵木浆水解液生产琥珀酸。发酵乳清原料产琥珀酸15.5g/L，对消耗糖产率和生产强度为93％和0.24g/L·h(Appl Microbiol Biotechnol 54：23-27，2000)。用NaOH预处理过的木浆水解液培养基分批发酵积累琥珀酸11.73g/L，对消耗糖产率和生产强度分别为56％和1.17g/L·h(Enzyme and Microbial Technology，35：648-653，2004)。本发明人从瘤胃中筛选的琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC1593，它能发酵的糖质原料包括葡萄糖，果糖，麦芽糖，D-木糖，蔗糖，乳糖，半乳糖，乳清，及木薯、玉米、甜菜或木质纤维素的水解物或糖浆(中国专利CN200610038113.6)，后来研究发现它也很适宜于发酵糖蜜原料生产琥珀酸。

糖蜜是制糖工业的副产品，又被称为废糖蜜，包括甘蔗糖蜜与甜菜糖蜜，它含有大约40～50％总糖(主要成份是蔗糖、葡萄糖和果糖)，在发酵工业中作为较廉价的碳源原料。它与葡萄糖或淀粉水解液比较，价格低廉，已经广泛用于酵母、酒精、乳酸、柠檬酸、核黄素及多糖等产品的工业生产。到目前为止，工业上还没有利用糖蜜原料发酵生产琥珀酸的实例。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用廉价糖蜜原料发酵生产琥珀酸的方法。