[发明专利]一种微生物发酵选择性生产3-羟基-2-丁酮和2,3-丁二醇的方法

说明书

技术领域

利用一株安全菌株发酵葡萄糖选择性生产乙偶姻和2，3-丁二醇，属于生物工程中发酵技术领域。 

背景技术

随着能源资源的日益短缺和环境问题的日益严重，开发可再生的生物质资源为原料，经过化学、生物及其集成方法生产各种化学品、功能材料和能源物质的生物炼制技术越来越受到国内外的高度重视。2，3-丁二醇是重要的化工原料和液体燃料，广泛应用于化工、食品、燃料及航空航天等领域。2，3-丁二醇脱氢生成双乙酰，是一种高价值食品风味剂，具有一定的抑菌效果。2，3-丁二醇是一种极具价值的液体燃料，其燃烧值与甲醇(22.1kJ/g)、乙醇(29.0kJ/g)相当。由于2，3-丁二醇的高辛烷值，它可作为汽油的辛烷值提升剂或航空燃料另外，2，3-丁二醇及其衍生物亦可广泛用于药用载体、增塑剂、柔软剂等的生产。3-羟基-2-丁酮(乙偶姻)是一种应用广泛的天然食用香料，脱水生成的甲乙酮可作为一种高价值的液体燃料添加剂，脱水生成的1，3-丁二烯可用于合成橡胶、ABS树脂及SBS弹性体等；酯化产品是合成聚酯和聚氨酯的前体。 

3-羟基-2-丁酮是2，3-丁二醇合成的前体物质。目前报道的2，3-丁二醇和3-羟基-2-丁酮生产菌株多为克雷伯氏菌属(Klebsiella)肠杆菌属(Enterobacter)和沙雷氏菌属(Serratia)等，这些菌株发酵葡萄糖的主要产物是2，3-丁二醇，如果要用来合成3-羟基-2-丁酮，要么对这些菌株进行基因工程改造；要么延长发酵时间，使2，3-丁二醇逆向转化为3-羟基-2-丁酮。另外，这些菌种具有潜在致病性，不符合符合工业化安全生产的要求。因此，使用安全菌种利用葡萄糖合成3-羟基-2-丁酮或2，3-丁二醇具有良好的工业化前景。本发明利用一株安全菌株Bacillus amyloliquefaciens CCTCC M2012349以葡萄糖为底物，通过调整培养基中玉米浆的含量及搅拌转速和通气量，即可以实现选择性生产3-羟基-2-丁酮或2，3-丁二醇的目的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种利用一株安全菌株Bacillus amyloliquefaciens CCTCC M2012349发酵葡萄糖选择性生产3-羟基-2-丁酮或2，3-丁二醇的方法。 

本发明实现过程如下： 

本发明所使用菌种为B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349(已保藏于中国典型培养物保藏中心；保藏单位地址：中国.武汉.武汉大学；保藏日期：2012年9月14日；保藏编号为：CCTCCNO：M2012349)。最近我们发现通过调整发酵培养基中玉米浆的含量及搅拌转速和通气量可以调控B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349利用葡萄糖选择性合成3-羟基-2-丁酮或2，3-丁二醇，其具体生产工艺如下： 

(1)挑取平板上保藏的B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349单菌落接种于种子培养基中培养，优选的培养时间为12h，培养温度为37℃，种子培养基组成如下： 

酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaCl10g/L；种子培养液采用250mL摇瓶培养，将种子液在摇床上培养12h左右，培养温度为37℃，摇床转速为160r/min。 

(2)B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349发酵培养 

条件1：合成3-羟基-2-丁酮的发酵培养条件如下： 

培养基组分：葡萄糖160g/L，玉米浆5g/L，尿素3g/L，柠檬酸钠6g/L，K₂HPO₄4g/L，MgSO₄0.2 g/L；将上述发酵培养基用5mol/L的NaOH调节其pH至6.5，在121℃下高温灭菌30min。发酵参数：发酵装置为5L发酵罐，初始装液量为2.5L，接种量为4％。发酵条件为：空气流量为240m³/h·m³培养基，搅拌转速为450r/min，发酵时间为40-48h。发酵结束后，发酵液经离心等处理后，利用气相色谱的FID检测器即可检测发酵液中3-羟基-2-丁酮和2，3-丁二醇含量。结果如图1所示。 

条件2：合成2，3-丁二醇的发酵培养条件如下：