[发明专利]一种丙酮丁醇梭菌及其应用

说明书

本发明公开了一种丙酮丁醇梭菌，其分类命名为丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)，菌株号为LJ4，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO:M 2017754。本发明进一步地提供了丙酮丁醇梭菌LJ4在发酵生产丁醇中的应用。菌株LJ4可以很好地利用未脱毒的木质纤维素水解液，在全部都为木质纤维素水解液时，菌株LJ4发酵生成丁醇13.9g/L；在含有50％的木质纤维素水解液时，菌株LJ4发酵生成丁醇产量最高，为15.2g/L；推断是由于木质纤维素水解液中成分复杂，存在可以提高丁醇产量的物质，而抑制物浓度低于菌株耐受程度。

技术领域

本发明涉及产丁醇菌，具体涉及一种丙酮丁醇梭菌及其应用。

背景技术

丁醇是一种重要的C4平台化合物，已广泛应用于各种精细化学品的制造；并作为一种重要的具有极大潜力的新型生物燃料受到重视，联合国国际能源署将生物丁醇列为第二代生物燃料。作为燃料，丁醇具有能量密度大、可直接用于内燃机、运输方便等优点，在能源危机日益严峻的今天，丁醇作为燃料有着广阔的发展前景。2007年我国丁醇表观消费量已达到74万吨，预计2010年国内丁醇需求量将达到100万吨。由于国内产量不能够满足需要，我国已经是世界上最大的丁醇进口国。

目前，丁醇主要通过化学法合成，随着石油资源加速枯竭和价格飞涨，发酵法生产丁醇又受到了广泛的重视，已经成为生物能源的研究热点之一。丙酮丁醇梭菌可直接有效利用玉米等淀粉物质或糖蜜等原料，但这些原料的成本相对比较高，同时存在与人相争的问题。在粮食短缺与能源危机的双重威胁下，探索纤维质原料生产燃料丁醇成为生物质能源发展战略的重要组成，也是研究的热点之一。

近年来，国内外对纤维原料发酵产丁醇的研究很多，主要围绕着菌种诱变选育、纤维原料糖液的制备、发酵工艺条件优化和溶剂提取等发面进行。纤维素原料价格低廉、来源广泛，且丁醇生产菌对纤维素水解液中的葡萄糖和木糖都有较高的利用效率，而乙醇的常用生产菌不能高效利用戊糖，因此，丁醇生产可大大提高纤维原料的利用效率，以纤维原料生产燃料丁醇具有优势。但纤维原料必须经过预处理、酶解形成简单的糖后才能被菌体利用，在纤维原料处理过程中会产生一定量的酸类、醛类、木质素衍生物等副产物，同时还引进大量的硫酸根、氯离子，这些物质通过破坏H⁺离子梯度、抑制发酵过程中酶的活性、破坏细胞膜的稳定性、改变渗透性等方式抑制丁醇发酵的正常进行。经对各种纤维素水解液中副产物成分调查分析发现，水解液中含有乙酸、甲酸、醛类物质(糠醛和5-羟甲基糠醛)、酚类物质(阿魏酸、香豆酸、香草醛)等抑制物，这些抑制物的除去成本较高、并对微生物生长有一定的抑制作用；Thaddeus Ezeji等(Biotechnology&Bioengineering.2007,97(6):1460-1469)研究发现有机酸、糠醛等抑制物不影响丁醇的发酵，而酚类抑制物对丁醇发酵有明显的抑制效应。孙彦平等(应用与环境生物学报[J].2010,16(6):845～850)研究发现，当阿魏酸、香豆酸浓度大于1g/L时发酵完全不能进行；0.5g/L的阿魏酸或香豆酸存在时的丁醇抑制率分别为22.1％、82.4％。

发明内容

发明目的：为了解决现有丙酮丁醇梭菌耐受酸类、醛类和酚类抑制物能力弱的问题，本发明提供了一种丙酮丁醇梭菌，本发明进一步地提供了丙酮丁醇梭菌在发酵生产丁醇中的应用。

技术方案：本发明所述一种丙酮丁醇梭菌，其分类命名为丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)，菌株号为LJ4，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏时间为2017年11月30日，保藏编号为CCTCC NO:M 2017754，保藏地址为中国.武汉.武汉大学，邮编430072。

该菌株是发明人于2017年6月25日对珍珠泉土壤进行筛选，用糠醛、酚类等抑制物添加到培养基中进行筛选，在平板上划线纯化5～7代，筛选出能够直接利用未脱毒木质纤维素水解液的菌株。