生产2,3-丁二醇和有机酸的菌株和方法技术

本发明专利技术提出了微生物及获得2,3‑丁二醇和有机酸的方法，所述微生物其为阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae M22)，于2019年02月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.17265。本发明专利技术的微生物可以利用未经脱毒处理的木质纤维素水解液，对其中的抑制物具有高耐受性，同时，还可以高产2,3‑丁二醇和有机酸。而且，该微生物稳定性良好，连续多次传代，抑制物耐受性和发酵产2,3‑丁二醇和有机酸能力稳定。另外，将水解液进行脱毒会加大工艺成本，并且脱毒过程中使用的一些化学试剂无法回收利用，而直接使用未经脱毒处理的水解液进行发酵将大大降低2,3‑丁二醇和有机酸的生产成本，具有较好的应用前景。

Strains and Methods for Producing 2,3-Butanediol and Organic Acids

The invention provides microorganisms and a method for obtaining 2,3 -butanediol and organic acids. The microorganisms are Enterobacter cloacae M22, which are stored in the General Microbial Center of China Microbial Species Preservation and Management Committee on February 26, 2019, and the storage number is CGMCC NO.17265. The microorganism of the invention can utilize the lignocellulose hydrolysate without detoxification treatment, and has high tolerance to the inhibitor, and can also produce 2,3 -butanediol and organic acid. Moreover, the microorganism has good stability, continuous passage, inhibitor tolerance and fermentation capacity of 2,3 -butanediol and organic acid are stable. In addition, detoxification of hydrolysate will increase the process cost, and some chemical reagents used in detoxification process can not be recycled. Direct use of untreated hydrolysate for fermentation will greatly reduce the production cost of 2,3 -butanediol and organic acid, which has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
生产2,3-丁二醇和有机酸的菌株和方法
本专利技术涉及生物领域。具体地，本专利技术涉及生产2,3-丁二醇和有机酸的菌株和方法。
技术介绍
2,3-丁二醇(2,3-BDO)和有机酸都是重要的大宗化学品，被广泛应用于化工、燃料、食品、医药等多个领域。2,3-BDO可以用来生产高价值的液体燃料添加剂甲乙酮，其酯化物可以用于合成聚亚胺，也可以用于制造医药用品、化妆品、洗护用品等。在微生物发酵生产2,3-BDO过程中会伴随有机酸的产生，如甲酸、乙酸、丁二酸。丁二酸可用于合成氨基酸、镇静剂、维生素、1,4-丁二醇、N-甲基吡咯烷酮以及酸化剂、风味调节剂等。近几年，丁二酸被应用于聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及聚酰胺等可降解生物聚合物的合成，具有广阔的发展前景。葡萄糖、木糖、淀粉以及木质纤维素原料(如玉米芯、玉米秸秆、麦秆等)都可以作为微生物发酵的底物。其中玉米芯产量丰富且价廉易得，是最理想的发酵原料之一。玉米芯中半纤维素可以通过稀酸水解被降解为单糖，但水解过程中会产生抑制物，因此水解液在发酵前需要先进行脱毒。目前的研究都集中于脱毒工艺，如活性炭吸附、CaOH过中和、有机溶剂萃取等。脱毒过程会造成糖损失，并且会增加工艺成本。因此，若能够筛选得到高浓度抑制物耐受菌株，可以直接利用水解液为原料，将会大大降低生产成本，但大部分野生菌抑制物耐受能力很低。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种微生物。根据本专利技术的实施例，所述微生物为阴沟肠杆菌(EnterobactercloacaeM22)，于2019年02月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNO.17265。根据本专利技术实施例的微生物可以利用未经脱毒处理的木质纤维素水解液，对其中的抑制物具有高耐受性，同时，还可以高产2,3-丁二醇和有机酸。而且，该微生物稳定性良好，连续多次传代，抑制物耐受性和发酵产2,3-丁二醇和有机酸能力稳定。另外，将水解液进行常规脱毒会加大工艺成本，并且脱毒过程中使用的一些化学试剂无法回收利用，而直接使用未经脱毒处理的水解液进行发酵将大大降低2,3-丁二醇和有机酸的生产成本，具有较好的应用前景。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种获得2,3-丁二醇和有机酸的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：利用木质纤维素水解液对前面所述的微生物进行发酵培养，以便获得2,3-丁二醇和有机酸。根据本专利技术实施例的微生物可以利用未经脱毒处理的木质纤维素水解液，对其中的抑制物具有高耐受性，同时，还可以高产2,3-丁二醇和有机酸。而且，该微生物稳定性良好，连续多次传代，抑制物耐受性和发酵产2,3-丁二醇和有机酸能力稳定。另外，将水解液进行常规脱毒会加大工艺成本，并且脱毒过程中使用的一些化学试剂无法回收利用，而直接使用未经脱毒处理的水解液进行发酵将大大降低2,3-丁二醇和有机酸的生产成本，具有较好的应用前景。根据本专利技术的实施例，所述木质纤维素水解液是通过将木质纤维素原料进行酸处理且未经脱毒处理所获得的。根据本专利技术的实施例，所述木质纤维素水解液中含有下列至少之一的成分：5～8g/L的葡萄糖；50～55g/L的木糖；1～4g/L的低聚木糖；4～10g/L的阿拉伯糖；0.3～1.0g/L的甲酸；4～10g/L的乙酸；0.05～0.4g/L的5-羟甲基糠醛；0.4～1.5g/L的糠醛。根据本专利技术的实施例，所述木质纤维素水解液是通过下列方式获得的：将木质纤维素原料在含有硫酸和磷酸的混合酸中进行水解处理，以便得到水解产物；以及将所述水解产物进行过滤处理，弃滤渣，以便得到所述木质纤维素水解液。根据本专利技术的实施例，所述木质纤维素原料与所述混合酸的质量体积比为1：(1～5)，优选1:3。根据本专利技术的实施例，所述混合酸中，硫酸与磷酸的质量比为(2～5)：1，优选3:1。根据本专利技术的实施例，所述水解处理是在120～150℃下进行40～80分钟，优选是在130℃下进行60分钟。根据本专利技术的实施例，所述木质纤维素中含有下列至少之一的成分：35～45g/L的纤维素；30～35g/L的半纤维素；10～22g/L的木质素。根据本专利技术的实施例，所述方法进一步包括：在进行所述发酵培养之前，调节所述木质纤维素水解液的pH值至6.0～7.0。根据本专利技术的实施例，所述有机酸包括下列的至少之一：丁二酸、甲酸和乙酸。根据本专利技术的实施例，所述发酵培养是在30～40℃的温度、100～200rpm/min的转速以及0.2～0.6vvm的通气量下进行36～60小时。根据本专利技术的实施例，在所述发酵培养12小时和36小时时，分别向发酵液中加入终浓度为3～8g/L的碳酸氢钠，当发酵终止时，发酵液中丁二酸、甲酸和乙酸的质量比为(3～5)：1：(5～7)。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本专利技术一个实施例的E.cloacaeM22利用未脱毒的玉米芯水解液发酵生产2,3-BDO和有机酸的发酵过程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提出了微生物及获得2,3-丁二醇和有机酸的方法，下面将分别对其进行详细描述。微生物在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种微生物。根据本专利技术的实施例，该微生物为阴沟肠杆菌(EnterobactercloacaeM22)，于2019年02月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCCNO.17265。根据本专利技术实施例的微生物可以利用未经脱毒处理的木质纤维素水解液，对其中的抑制物具有高耐受性，同时，还可以高产2,3-丁二醇和有机酸。而且，该微生物稳定性良好，连续多次传代，抑制物耐受性和发酵产2,3-丁二醇和有机酸能力稳定。另外，将水解液进行常规脱毒会加大工艺成本，并且脱毒过程中使用的一些化学试剂无法回收利用，而直接使用未经脱毒处理的水解液进行发酵将大大降低2,3-丁二醇和有机酸的生产成本，具有较好的应用前景。为方便理解，下面将对微生物的获得方式进行详细描述。本专利技术的微生物是将实验室分离的一株阴沟肠杆菌进行等离子体诱变处理而获得的，具体步骤如下：(1)细菌培养将甘油管中菌种划线接种到LB固体培养基上，培养，挑取单菌落转接于LB液体培养基，培养至对数生长期。(2)ARTP诱变将(1)得到的菌液采用等离子体照射诱变，诱变后菌体转于LB培养基，复苏。(3)菌株初筛将(2)得到的菌液涂于含玉米芯水解液的固体培养基上，培养，选长出菌落最多的平板进行下一步筛选。(4)菌株复筛将(3)得到的菌株于LB液体培养基复苏后划线于含高浓度玉米芯水解液的固体培养基上，培养，保存得到的菌株并进行下一步发酵。(5)利用未脱毒玉米芯水解液发酵生产2,3-BDO和有机酸利用(4)筛选得到的菌株接种于种子培养基，进行培养，然后将培养后的培养液按10v/v％接种量接种于水解液发酵培养基中，进行培养，筛选2,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物，其为阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae M22)，于2019年02月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO.17265。

【技术特征摘要】
1.一种微生物，其为阴沟肠杆菌(EnterobactercloacaeM22)，于2019年02月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNO.17265。2.一种获得2,3-丁二醇和有机酸的方法，其特征在于，包括：利用木质纤维素水解液对权利要求1所述的微生物进行发酵培养，以便获得2,3-丁二醇和有机酸。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素水解液是通过将木质纤维素原料进行酸处理且未经脱毒处理所获得的。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素水解液中含有下列至少之一的成分：5～8g/L的葡萄糖；50～55g/L的木糖；1～4g/L的低聚木糖；4～10g/L的阿拉伯糖；0.3～1.0g/L的甲酸；4～10g/L的乙酸；0.05～0.4g/L的5-羟甲基糠醛；0.4～1.5g/L的糠醛。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述木质纤维素水解液是通过下列方式获得的：将木质纤维素原料在含有硫酸和磷酸的混合酸中进行水解处理，以便得到水解产物；以及将所述水解产物进行过滤处理，弃滤渣，以便得到所述木质纤维素水解液。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：张建安，吴晶，周玉杰，刘宏娟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11