[发明专利]一种使微生物可同时发酵五碳糖与六碳糖的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种利用微生物发酵糖类的方法，尤其是关于一种使微生物可同时发酵五碳糖与六碳糖的方法。 

背景技术

由再生资源来生产替代性能源和取代石油衍生性的化学品是目前国际市场的主流，也是必然的趋势。再生资源中，尤以植物生质(即木质纤维素)的蕴藏量最丰，而木质纤维素包含纤维素、半纤维素和木质素，其中纤维素和半纤维素经酵素水解后，主要可生成葡萄糖(glucose)和木糖(xylose)，本发明可以将细菌(如：大肠杆菌)改质，经改质后的菌株即具有同时且快速代谢葡萄糖和木糖的能力，并能发酵转化生成能源(如：酒精)和其他大宗化学品(如：乳酸)。 

习知技术中，常见利用大肠杆菌对糖类进行发酵的技术，然而此一方法存在着若干尚待解决的问题。大肠杆菌的优势在于生长快速、培养基成分简单且易于调配、发酵过程易于操作、并且可以代谢多种不同的糖类，然而在同时具有多种糖类的生长环境之下，大肠杆菌会优先代谢葡萄糖，待生长环境中的葡萄糖消耗完毕后，才会开始依序代谢其他糖类，因此无法同时代谢不同的糖类，使得整体糖类的代谢速率无法提升，甚至造成非葡萄糖的其他糖类代谢不完全，导致糖类代谢的效率低落。 

先前技术利用紫外光、伽玛射线、亚硝基胍(nitrosoguanidine)等致突变剂使得菌种产生突变，接着透过筛选的方式找出可以同时发酵五碳糖与六碳糖的菌株，然而此一方法步骤繁琐，亦非在了解菌种糖类代谢机制的情况下将菌种改良而得到可同时代谢五碳糖与六碳糖的菌株，而是藉由重复筛选的方式摸索寻找可能适合的变种菌株，因此效果较差。 

由于大肠杆菌在代谢葡萄糖时所产生的降解产物会抑制其他糖类的代谢路径，因此有习知技术让大肠杆菌的磷酸转移酵素系统产生缺陷，以期降低大肠杆菌代谢葡萄糖时所造成的降解产物抑制效应，希望藉此提高其他糖类的代谢速率。然而，具有缺陷的大肠杆菌虽然可以因此同时代谢葡萄糖与木糖，但是 其对于葡萄糖的代谢速率却明显降低，反而不利于整体的代谢流程及产物生成效率。 

若干先前技术会在糖类发酵过程中同时采用两种分别代谢葡萄糖和木糖的菌株，希望能藉由两种菌株分工的方式达到同时代谢五碳糖与六碳糖的目的。但是这样的发酵过程操作不易，必须多次尝试与调整才能达到最佳的发酵成效，并且必须事先培养两种菌株，因此也会导致整体发酵成本的增加，并不利于工业生产的应用。 

由于必须克服前述习知技术的缺点，例如发酵成本过高、发酵速率与效率不佳、发酵操作程序困难繁复等，因此有必要找到能够利用易于制备的单一菌株同时发酵五碳糖与六碳糖的方法，以便改善与简化糖类发酵的程序并提升糖类发酵的效能，藉此提升相关产业界的技术，尤其在生质能源的领域更有其必要性。 

发明内容

人类第四次工业革命的产业实系于绿色的制程，其中生物产业被视为绿色工业的代表，生物产业有赖于生物技术为基础，相对于以化石能源为基础的化学工业，生物技术可有效降低能源的消耗和污染的排放，尤其生物技术可利用再生资源，达到永续发展和改善环境的目的。再生资源是指以生物质(biomass)为原料，范围主要包括作物、农林渔牧加工后的废弃物和工业及都市排放的有机废弃物，透过生物精炼制程(biorefinery process)可将这些生物质转化生产替代性能源、取代石油衍生性的产品和新产品，这类新兴产业的市场以每年约15％的速率成长，预计2012年的全球总产值可达到1215亿美元(Gobina E，2007，report code EGY054A，BCC Research publications)。