[发明专利]在利用运动发酵单孢菌的发酵中使用维吉霉素控制细菌污染

说明书

技术领域

本发明涉及微生物学和发酵的领域。更具体地，开发了在发酵单胞菌属(Zymomonas)被用作生物催化剂时用于控制发酵中的污染的方法。

背景技术

由可再生资源生产燃料乙醇是针对全球的化石燃料短缺、能源成本增加、以及与大气二氧化碳含量提高相关的全球变暖效应的一种长期解决方案。来自可再生资源的燃料乙醇是通过利用生物催化剂的糖类的发酵生产的。当前，酵母是最广泛地用于乙醇生产的生物催化剂。可发酵的糖类最典型地是得自经处理的生物材料，包括玉米粒、甜菜、和甘蔗。替代性的丰富的生物材料糖源是纤维素类或木质纤维素类生物质。利用物理的、化学的、和/或酶学的处理，用于加工纤维素类和木质纤维素类生物质，以生产可发酵的糖类的方法正在被开发。

在大规模发酵过程中维持无菌是困难的，尤其是当生物材料被用作碳水化合物源时。大规模发酵过程通常被可能来自经处理的生物材料、设备、工艺用水或其他来源的细菌污染。通常，污染性细菌是乳酸菌(LAB)，如乳杆菌类。污染性细菌通过利用糖类和降低主要产物生物催化剂的效果而使发酵产物的收率降低。污染性细菌产生非期望的产物如乙酸和乳酸，它们增强了培养物中的胁迫条件，导致生物催化剂较差的生长和/或生物催化剂产物较低的生产。

在使用酵母作为生物催化剂，通常以糊料或糖浆用作碳水化合物源，用于燃料或酿造的乙醇生产的发酵中，污染性细菌(主要是乳酸菌)已经成为了问题。由于酵母和污染性细菌对一些抗微生物剂的不同敏感度，一些抗微生物剂能够被用于在酵母发酵中控制细菌。成功地在酵母发酵中被用于控制LAB污染的抗微生物剂包括青霉素(Day等人，Agricultural and Food Chemistry，1954年，第2卷，第252-258页)、维吉霉素(Hynes等人，J.of Industrial Microbiology Biotechnology，1997年，第18卷，第284-291页；Bischoff等人，Biotechnology and Bioengineering，2009年，第103卷，第117-122页；WO2007145857)、酒花酸(US20090042276)、FermaSure^TM、以及红霉素、泰乐菌素、和四环素。

通过工程化菌株的改进，包括除葡萄糖之外还利用木糖和阿拉伯糖、以及使竞争性代谢途径失活，开发了发酵单胞菌属(Zymomonas)，作为有效的生物催化剂用于生产乙醇。此外，通过提高对纤维素类生物质水解产物中存在的抑制剂的耐受性，已使发酵单胞菌属(Zymomonas)适合用于水解产物发酵培养介质中。然而，使用发酵单胞菌属(Zymomonas)作为用于乙醇发酵的生物催化剂显示了在污染控制方面另外的挑战，因为这种生物催化剂与主要的污染物一样是细菌。

对于与酵母一起使用安全的许多抗生素的浓度对于运动发酵单孢菌(Zymomonas mobilis)菌株ZM4的生长是抑制性的，包括四环素、卡那霉素、多粘菌素和链霉素(Agrawan and Basappa，Biotechnology Letters，1996年，第18卷，第673-678页)。只有青霉素G被显示对于与发酵单胞菌属(Zymomonas)一起使用是安全的。苄青霉素在用于生产乙醇的运动发酵单孢菌(Zymomonas mobilis)分批发酵中被成功地用于控制细菌污染(Grote and Rogers，Journal of Fermentation Technology，1985年，第63卷，第287-290页)。在另一篇综述中，发酵单胞菌属(Zymomonas)被报道为苹果酒和啤酒的污染物，并且发现了对包括卡那霉素、多粘菌素、和链霉素在内的一些抗生素通常使用的水平具有抗性的发酵单胞菌属(Zymomonas)菌株(Swings和De Ley，Bacteriological Reviews，1977，第41卷，第1-46页)。不同菌株之间的差异可能与抗性在质粒上的编码相关，如在运动发酵单孢菌(Z.mobilis)菌株CP4中针对链霉素、卡那霉素、和庆大霉素所发现的(Walia等人，Applied and Environmental Microbiology，1984年，第47卷，第198-200页)。

仍然存在对在使用针对乙醇生产开发的发酵单胞菌属(Zymomonas)细菌生物催化剂的发酵中控制细菌污染的方法的需求。

发明内容

本发明提供了发酵液体培养基组合物和在发酵单胞菌属(Zymomonas)在其中是生物催化剂的培养介质中控制细菌污染的方法。