毕赤酵母新菌株及其混合培养用于半纤维素水解物生物脱毒的方法技术

技术编号:6227794 阅读:483 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了毕赤酵母新菌株及其混合培养用于半纤维素水解物生物脱毒的方法。本发明专利技术所指的毕赤酵母新菌株,包括盔形毕赤酵母(Pichia galeiformis)CCTCCNO:M 209245(B-10);西方毕赤酵母(Pichia occidentalis)CCTCC NO:M 209273(C-4),库德毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)CCTCC NO:M 209274(D-6)。它们对12种已知存在于半纤维水解物中的微生物代谢抑制物具有降解活性,并具有耐毒性能好,脱毒过程迅速和不利用五碳糖或其糖醇的特点。用本发明专利技术的三个菌株联合对半纤维水解物进行生物脱毒发酵,可使处理后水解物的木糖醇发酵性能达到纯木糖为基质的发酵水平,并具有环保、节约成本的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物
,特别涉及从自然界分离得到的毕赤酵母菌株,并将其扩大,并混合用于发酵半纤维素稀酸水解物,降解其中对产木糖醇酵母有毒的物质,及这种脱毒水解物用于发酵生产木糖醇的方法。
技术介绍
木质纤维素(lignocellulose),是构成植物细胞壁的主要成分,由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。作物秸杆是人类社会最容易集中获得木质纤维素资源,将其中的纤维素、半纤维素水解成相应的糖类,进而发酵生产人类社会需要的化工品,是这一低价值资源转化为高附加值产品的有效途径。纤维素是葡萄糖的聚合物,水解产物主要是葡萄糖。天然状态下的纤维素往往形成类似结晶的紧密结构,具有较高抗酸、酶水解能力。半纤维素主要成分是木聚糖,它在在结构上比纤维素要疏松,容易通过稀酸水解生成以木糖为主的水解物。将木质纤维水解为可发酵性糖,目前最主要的两条工艺路线是预处理---酶水解及两步稀酸水解工艺。原料预处理---酶水解工艺当中,以稀酸水解半纤维素的预处理措施最为常用。稀酸水解半纤维素的同时,也破坏了木质素天然结构,使纤维素充分裸露,增加了纤维素酶与底物的可接触性,因而稀酸水解之后的纤维残渣就比较容易被纤维素酶水解了。两步稀酸水解工艺的过程是,先用较低浓度的酸,在相对低的温度条件下水解半纤维素,然后再用较高浓度的酸,并在较高的温度条件下水解纤维素,获得以葡萄糖为主要成分的纤维素水解物。为避免木糖在高温条件下受到破坏,两步稀酸水解工艺中,需将半纤维素水解物分离之后,才进行纤维素残渣的酸水解。显然,无论那一条木质纤维素水解工艺路线,都会分离出以木糖为主要成分的半纤维素稀酸水解物。将半纤维素水解物分离出来,并单独发酵利用,是一条经济价值较高的木质纤维水解物生物转化利用途径。因为利用五碳糖的平台,可以生产一系列用六碳糖难以生成的高附加值产品。木糖醇,由木糖还原生成,是一种国际市场容量极大的功能性甜味剂。发酵半纤维素水解物生产木糖醇,是提高半纤维素水解物经济价值的有效途径。如本专利技术人之一的专利申请“热带假丝酵母菌株的分离及其用于木糖醇生产的方法”(专利技术专利申请号:2005 10037580.2),就提供了一种能转化木糖生成木糖醇的微生物菌株,及其直接发酵半纤维素水解物生产木糖醇的方法。但是,半纤维稀酸水解过程会伴随产物一系列对微生物细胞代谢有毒的副产物,以提高半纤维素水解物的木糖醇发酵性能。这些毒物除去越充分,则木糖醇发酵的水平就越高,发酵成本就越低。半纤维素水解物中,对微生物代谢有毒物质十分复杂,已经鉴定的成分达几十-->种,它们大体上可分为三大类:脂肪酸类,如甲酸,乙酸,丙酸,乙酰丙酸;呋喃类,如糠醛,5-羟甲基糠醛;芳香类,如愈创木酚,苯甲醛,阿魏酸。虽然已经人们已经尝试过许多物理或化学除去这些微生物代谢抑制物,提高半纤维素水解物的发酵性能。但是,即使对于几个公认最有效的脱毒方法,如真空浓缩,活性碳吸附,过量石灰处理,离子交换,或者联合使用不同脱毒方法,其局限性都是十分明显的。例如,产生新的废弃物,增加产物纯化及后期环境治理的负担,脱毒成本也比较高。此外,理化脱毒一股难达以纯木糖作为基质的发酵的水平。半纤维素水解物生物发酵脱毒工艺具有传统理化方法不可比拟的优势性:第一,不产生新的污染物,不增加产物纯化及后期环境治理的负担;第二,直接用发酵罐进行,节省设备投资;第三,可实现有毒成分的生物转化利用,如生产饲料酵母等,使资源利用更为合理充分,进一步降低脱毒成本。半纤维素水解物生物发酵脱毒工艺已经有若干报道。本专利技术人的“一种半纤维水解物的生物脱毒方法及脱毒活性菌株”(中国专利,专利技术申请号200810180438.7),公开了一种以脱毒活性微生物菌株降解除去存在于半纤维稀酸水解物中的微生物代谢抑制物的方法。该专利技术所用的脱毒活性微生物菌株,包括东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)CCTCC NO:M 206098和西方伊萨酵母(Issatchenkiaoccidentalis)CCTCC NO:M 206097,它们均能同时降解存在于半纤维水解物中包括醋酸,糠醛及酚类物质在内的微生物代谢抑制物,具有耐低pH值、不利用五碳糖或其糖醇的特点。用该专利技术活性菌株对半纤维水解物进行单独的生物脱毒处理,能有效改善半纤维素水解物的发酵性能,提高发酵产物乙醇,木糖醇的收率,并具环保、节能的优势。但是,这两个菌株本身的耐毒性能不高,只适用于糖浓度较低,相应的毒物浓度也较低的常规高液/固比半纤维素低压稀酸水解物。对于在经过浓缩的,或低液/固比的半纤维素水解物,因有毒物浓度升高,这两个菌株的脱毒过程过于缓慢,增加了脱毒成本。另外,这两个菌株的脱毒的半纤维素水解物,其木糖醇发酵也未能达到纯木糖的发酵水平。如下一些文献也论述过木质纤维素水解物的生物发酵脱毒工艺,但发酵目标产物为乙醇,并不以提取木糖,或发酵木糖醇为生物脱毒目的。如:杨秀山.复合菌种对物的原位脱毒乙醇发酵方法.中国专利申请号:2008 10222897.7.Schneider H.Selective removal of acetic acid from hardwood-spent sulfiteliquor using a mutant yeast.Enzyme Microb.Technol.,1996,19:94-98.Nichols,N.N.,Dien,B.S.,& Guisado,G.M.(2005).Bioabatement to RemoveInhibitors from Biomass-Derived Sugar Hydrolysates.Applied Biochemistry andBiotechnology,2005124:379-390Okuda N,Soneura M,Niomiya K,et.al.Biological detoxification of waste housewood hydrolysate using Urebacillus thermosphaericus for bioethanol production.Journal of Bioscience and Bioengineering.2008.106(2):128-133.很明显,已有文献虽然已经注意到木质纤维水解物生物脱毒的优点,但均限于利用单个脱毒活性菌株。-->本专利技术人已经注意到用高浓度半纤维素稀酸水解物中进行生物脱毒的优越性。因为,这可以降低脱毒反应器的设备体积与脱毒运行成本。提高半纤维素水解物的糖浓度可以通过蒸发浓缩,或采用低液/固比稀酸蒸汽爆破水解的方法而实现。但是,蒸发浓缩过程,或者低液/固比的稀酸蒸汽爆破水解,水解物中毒物浓度将伴随糖浓度升高而提高,如果缺少特别耐毒的活性菌株,对高浓度半纤维素水解物的生物脱毒将很难实现高效率。本专利技术人还注意到利用单个脱毒活性菌株对半纤维素水解物生物脱毒的局限性。因为,半纤维素水解物的毒物过于复杂,不同化学性质的毒物需通过不同的生物途径降解,一个微生物菌株不可能对不同代谢途径的毒物同时兼备很高的降解活性。基于以上认识,本专利技术人利用耐毒性高的多个脱毒活性菌株混合培养的方法,实现了对高浓度半纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于半纤维素水解物生物脱毒的毕赤酵母新菌株,其为盔形毕赤酵母(Pichiagaleiformis),原始编号B-10,它在中国典型培养物保藏中心的编号为CCTCC NO:M209245。

【技术特征摘要】
1.用于半纤维素水解物生物脱毒的毕赤酵母新菌株,其为盔形毕赤酵母(Pichiagaleiformis),原始编号B-10,它在中国典型培养物保藏中心的编号为CCTCC NO:M209245。2.用于半纤维素水解物生物脱毒的毕赤酵母新菌株,其为西方毕赤酵母(Pichiaoccidentalis)原始编号C-4,它在中国典型培养物保藏中心的编号为CCTCC NO:M209273。3.用于半纤维素水解物生物脱毒的毕赤酵母新菌株,其为库德毕赤酵母(Pichiakudriavzevii),原始编号D-6,它在中国典型培养物保藏中心的编号为CCTCC NO:M209274。4.毕赤酵母新菌株混合培养用于半纤维素水解物生物脱毒方法,包括:(1)获取半纤维素稀酸水解液,并调节PH值至3~7;(2)毕赤酵母混合培养:在盔形毕赤酵母CCTCC NO:M 209245,西方毕赤酵母CCTCCNO:M 209273,库德毕赤酵母CCTCC NO:M 209274的这三种酵母当中,混合培养a、包括盔形毕赤酵母和西方毕赤酵母,或B、包括前述三种酵母;获得毕赤酵母混合培养液。(3)毕赤酵母混合培养液接种入步骤1获得的PH值3~7的半纤维素稀酸水解物,经过发酵降解除去其中对微生物代谢有毒物质,提高半纤维素水解物发酵性能。5.如权利要求4所述的毕赤酵母新菌株混合培养用于半纤维素水解物生物脱毒方法,其特征在于:步骤(1)所述获取半纤维稀酸水解物,是将木质纤维素按固液比(w/v)1∶1~7加入浓度为0.7~3%(w/w)的稀盐酸或稀硫酸溶液,在105~170℃下水解3min~120min,使其中半纤维素发...

【专利技术属性】
技术研发人员:覃香香林兰英张厚瑞卫力
申请(专利权)人:唐传生物科技厦门有限公司
类型:发明
国别省市:92

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