[发明专利]一种利用木糖母液发酵产丁二酸所用的菌株及其生产方法

说明书

本发明公开一种利用木糖母液发酵产丁二酸所用的菌株及其生产方法，该菌株为产琥珀酸放线杆菌（Actinobacillus succinogenes）PZ，保藏编号为：CCTCC NO:M2016396。本发明的产琥珀酸放线杆菌能够利用高浓度的木糖母液发酵生产丁二酸，丁二酸产量最高可达95g/L，丁二酸产率最高为85%。本发明的方法成本低、产量高，工艺简单，实现了对木糖母液高效资源化利用，对资源的优化和环境保护方面具有重要的意义。

技术领域

本发明属于工业微生物发酵技术领域，具体涉及一种利用木糖母液发酵产丁二酸所用的菌株及其生产方法。

背景技术

丁二酸(Succinicacid)，又称琥珀酸(butanedioic acid)，是一种常见的天然有机酸，最初1546年由Georgius从琥珀中分离发现，因而得名。丁二酸的分子式为C₄H₆O₄，分子量为118.09，味酸，相对密度为1.572，熔点为188℃，沸点235℃(分解温度)。

丁二酸一种重要的C4平台化合物，是1,4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、己二酸等重要大宗化学品和专用化学品的基本原料，广泛应用于食品、塑料、医药、香料等工业，可以取代苯合成250种以上的化工产品。其中最具有发展前景的领域为合成塑料，它是合成聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乙二醇丁二酸酯(PES)、聚丙二醇丁二酸酯(PPS)等可生物降解高分子材料的主要原料。

目前，丁二酸的主要生产方法是以石油为原料化学法合成，不仅需要消耗大量不可再生的石化原料，生产成本较高，而且环境污染严重。

与化学合成法相比，微生物发酵法具有以下优点：(1)原料为价格低廉、可再生的生物质资源；(2)发酵过程中可吸收大量CO₂，绿色环保；(3)发酵条件温和。因此，微生物发酵法近年来备受瞩目，成为近年来国内外的研究热点。

目前，有关发酵生产丁二酸的所用的原料除葡萄糖外，主要为粮食原料，如美国Argonne实验室进行了玉米生产丁二酸研究，日本味之素和三菱化学公司共同联合开展以玉米淀粉为原料发酵生产丁二酸的研究。但由于近几年粮食原料的生物工业的蓬勃发展，粮食出现短缺，价格上涨趋势明显，此外过度依赖粮食也会影响国家的粮食安全，所以使用价格低廉的农业废弃物为原料进行丁二酸发酵是降低丁二酸生产成本的关键之一。非粮淀粉原料(木薯、芭蕉芋、浮萍等)、甘蔗糖蜜、乳清及纤维素等被用来生产丁二酸。目前，与化学合成法相比，微生物发酵生产丁二酸的成本仍然偏高，需要进一步探索更为低廉的原料。

木糖母液是以玉米芯、甘蔗渣等纤维素原料提取木糖过程中产生的副产物，价格十分低廉。通常状况下，每生产1吨结晶木糖可产生1.5吨的木糖母液。木糖母液中含有高达60％左右的混合糖，主要是木糖、阿拉伯糖及少量的葡萄糖，具有较强的开发应用潜力。中国专利CN104789606A公开了一种利用木糖母液发酵生产丁二酸的方法，其利用重组大肠杆菌(E.coli)发酵木糖母液发酵生产丁二酸的方法，发酵过程中需要对木糖母液进行脱毒预处理，不仅增加了生产成本，而且预处理过程会造成糖类损失。此外，所采用的菌种为大肠杆菌基因工程菌株，存在菌株不稳定性及发酵过程产生内毒素等缺点，限制了其应用范围。中国专利201010310881.0公开了一种利用农作物秸秆发酵生产丁二酸的方法，以秸秆酶解液和木糖母液的混合液作为碳源发酵生产丁二酸，由于秸秆酶解液制备需要经过碱煮、分离、酶解等步骤，工艺复杂，酶解时间长，成本高，而且木糖母液使用的量少，浓度低，木糖母液的利用率不高。中国专利200910089501.0公开了一种利用玉米芯生产丁二酸的方法，利用玉米芯水解分离得到的第一糖液、第二糖液或第一糖液的母液中的一种或多种，采用丁二酸生产菌株进行发酵得到丁二酸。当采用第一糖液的母液进行发酵时，丁二酸的产率仅为5.46％，产率极低，不能达到工业化生产的要求。

发明内容