[发明专利]微生物菌株及其用途

说明书

本发明涉及在第一和/或第二XYL2等位基因中包含突变或缺失的假丝酵母菌株，所述假丝酵母菌株可以用于由木质纤维素原料生产一种或多种糖醇。优选的糖醇是木糖醇。

技术领域

本发明涉及假丝酵母(Candida)菌株，所述假丝酵母菌株可用于由一系列木质纤维素原料生产一种或多种糖醇。当存在麦芽糖作为共底物时，所述菌株特别适合低阿拉伯糖醇水平和高木糖醇水平。

背景技术

鉴于源自农业、林业和农用工业废物的木质纤维素生物质在全球的丰度、广泛可用性以及碳中性可再生性质，它们是技术开发的重要渠道。通常，直链结晶纤维素占植物生物质的大部分，随后是支链非结晶杂聚半纤维素以及支链木质素。为了改善木质纤维素生物质平台的经济可行性并推动其广泛的商业吸收，至关重要的是设计整体方法，以从大多数生物质组分中生成增值产品。到2020年，预计天然甜味剂木糖醇每年的市场为10亿美元，并且在多元醇市场中所占份额为12％，是从半纤维素木糖中获得价值的诱人候选者。

木糖醇是戊糖醇类型的糖醇，因其血糖指数低，减少蛀牙(et al.2005)、预防急性中耳炎(Uhari,M.,Kontiokari,T.Niemela 1998)和增强骨密度(Sato etal.2011)的功效而在膳食食品、制药和牙科行业广泛作为添加剂使用。

目前，使用雷尼镍催化剂通过木糖氢化来实现木糖醇商业生产。除了由于需要纯化的木糖(作为底物)和高温而导致成本和能源密集型外，此类化学处理在环境上是不可持续的，并且由于需要高压氢气和有毒催化剂而通常需要额外的防护措施(Jeon etal.2011)。结果，许多研究探索了通过使用天然存在的木糖同化型酵母或通过使来自真核和原核域的模型物种工程化来生产木糖醇的生物技术手段。但是，商业过程仍然难以实现。

酸催化的蒸汽爆炸通常涉及在压力下用过热蒸汽处理弱酸浸渍的木质纤维素然后突然减压，使半纤维素骨架由于其分子量低和无定形结构而容易水解。尽管这导致释放锁定在纤维中的半纤维素糖(主要是戊糖和残留的己糖部分)，但木质纤维素预处理不可避免地造成产生次级副产物，该次级副产物在以高浓度存在时，会极大地抑制微生物的生长表型和整体发酵潜力。通常，采用酸性条件可能导致释放出的戊糖和己糖脱水，分别形成糠醛(2-糠醛)和5-羟甲基-2-糠醛(HMF)。苛刻的工艺条件(例如蒸汽爆炸过程中的酸浓度升高或高温)可形成进一步的降解产物，例如脂肪族羧酸(例如乙酸、甲酸、乙酰丙酸)和酚类衍生物(香草醛、丁香醛、香豆酸和阿魏酸)。已经提出了许多策略来抵消通过木质纤维素水解产物中各种抑制性化合物之间的协同作用产生的增强的毒性(et al.2013进行了评论)。这些包括汽化、酶处理、使用还原剂、液-液相互作用、以及也许最常用的涉及用活性炭处理液-固相互作用(et al.2013)。然而，这些方法中的大多数都具有固有的缺陷。除了添加对工艺经济性和操作时间有不利影响的另一个工艺步骤外，解毒过程还几乎总是导致糖浓度降低，这必然会降低产品滴定度，进而降低工艺生产率。

在欧洲，小麦秸是容易获得的农业原料的例子，每年超过5亿吨的可获得量使得小麦秸成为世界上最主要的之一。小麦满足全球20％以上人口的粮食需求，而需求增加可能会导致未来产量增加，从而确保小麦秸原料的稳定供应。通常，小麦秸中的半纤维素含量往往约为其干重的20％至25％(Prasad et al.2007)，主要由木糖和显著量的阿拉伯糖组成。原料的顽拗性(recalcitrance)较低使得能够使用较温和的预处理条件来释放糖，特别是半纤维素，导致降低蒸汽爆炸的水解产物中抑制剂的含量。