一种利用豆粕粉同步酶解发酵制备(R,R)-2,3-丁二醇的方法，包括如下步骤：将类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）接种到以豆粕粉作为有机氮源的发酵培养基中进行发酵培养，所得发酵液中即含有(R,R)-2,3-丁二醇；所述豆粕粉在所述发酵培养基中的终浓度为10-80g/L；所述类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）为多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）。在分批补料发酵中，发酵液中(R,R)-2,3-丁二醇的浓度达到92.5g/L，光学纯度达到98%。采用本发明专利技术能够减少了酵母粉用量，且酶解与发酵同步进行，简化了操作步骤，降低了高纯度(R,R)-2,3-丁二醇生产成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物
，具体是一种利用豆柏粉同步酶解发酵制备 (R，R)-2, 3-丁二醇的方法。
技术介绍
2, 3- 丁二醇（2, 3-butanediol)作为一种大宗的化学产品具有广 泛的应用价值，尤其在化工、食品、燃料及航空航天等领域（Appl Microbiol Biotechnol，2001，55 (1) : 10-18)。同时，通过特定的化学反应，2, 3-丁二醇可以衍生出多种 重要的化学品如3-羟基丁酮、甲乙酮及1，3- 丁二烯。因此，它被视作一种极具潜力的平台 化合物。 2, 3-丁二醇分子内含有两个手性碳原子，因此存在三种旋光异构体，分别是 (1?，1?)-2,3-丁二醇、（3,3)-2,3-丁二醇和11168〇-2,3-丁二醇。其中（1?，1?)-2,3-丁二醇不 仅具有混旋型2, 3- 丁二醇的一般功能，还是优良的抗冻剂，也是合成手性试剂和手性配体 的重要中间体，在手性药物的合成中也有潜在的重要应用（催化学报，2013, 34:351-360)。 目前，（R，R)-2, 3- 丁二醇的生产主要采用化学合成法，以1- 丁醇经过多步反应得 到2, 3- 丁二醇的外消旋混合物，最后通过外消旋体的拆分得到（R，R) -2, 3- 丁二醇(化学进 展，2010, 22:2450-2461)。化学合成法过程繁琐，而且手性拆分成本高，难以实现大规模生 产。因此，实现单一立体构型2, 3- 丁二醇的研究很有必要。 在制备化学品的方法中，微生物制造方法与化学合成法相比，其原料丰富而且 可再生、条件温和、工艺简单、环境友好，因此越来越成为国内外研究开发的热点。具 有良好生产潜力的2, 3-丁二醇合成菌株主要集中于克雷伯氏菌属（Klebsiella)、肠 杆菌属（Enterobacter)、类芽抱杆菌属（Panebacillus)、芽抱杆菌属（Bacillus)及 沙雷氏菌属（S e rr a t i a )。大多数报道的微生物产生的均为混旋型2，3 - 丁二醇，而类 芽孢杆菌属的多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa)则能够产生光学纯度大 于 98% 的（R，R)-2, 3- 丁二醇（Appl Environ Microbiol, 2011，77:4230-4233;Biore source Techno 1,2012, 124:237-244)。此外，也有利用代谢工程技术构建Bacillus licheniformis、Escherichia coli等重组菌株合成（R，R)_2, 3-丁二醇的报道，但产量比 较低。目前报道的（R，R)-2,3-丁二醇产量最高的是lllg/L，但其发酵培养基中需要加入高 浓度价格昂贵的酵母粉（60g/L)。当酵母粉浓度降低至5g/L的时候，（R，R)-2,3-丁二醇产 量仅为 60g/L (Bioresource Technol, 2012, 124:237-244)。 微生物发酵产生（R，R)_2, 3- 丁二醇的同时需要富含氨基酸、维生素、无机盐以及 微量元素的氮源来维持菌体正常生长代谢。由于酵母粉、蛋白胨等氮源由于富含多种上 述营养成分，有利于菌体的生长和发酵。目前对微生物法制备（R，R)_2, 3-丁二醇的文献 报道大多使用这些高价的有机氮源（Bioresource Technol, 2012, 124:237-244; J Biosci Bioeng, 2000, 90:661-664;Appl Microbiol Biotechnol, 2013, 97:585-597)，从而限制了 其工业化生产。微生物发酵的培养基成分对生产成本影响很大，例如乳酸发酵中酵母粉等 氮源的成本占总发酵成本的30%左右（Enzyme Microb Technol, 2000, 26:209-215)。因此 寻找一种既廉价又有效的氮源来替代高价氮源是推进发酵产业化生产（R，R)-2, 3- 丁二醇 的必经之路。 此外，通过检索发现与（R，R)-2, 3- 丁二醇制备相关的专利公开文献如下： 1、产（R，R)_2, 3- 丁二醇的基因工程菌及其构建方法和应用（【申请号】 201210505523. 2)，公开了一株高产高纯度的（R，R)-2, 3- 丁二醇的基因工程菌及其构建方 法和应用。该专利技术所述的发酵培养基使用高价的蛋白胨和酵母膏为氮源，未使用豆柏粉为 氮源。 2、一种多粘类芽孢杆菌及利用其制备光学纯R，R型2, 3- 丁二醇的方法（【申请号】 200910026807. 1)，公开了一种多粘类芽孢杆菌及制备的方法。该专利技术的发酵培养基所使用 的有机氮源为牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、玉米浆、豆饼粉、棉籽饼粉。其中使用豆饼粉为有机 氮源时（R，R)-2, 3- 丁二醇产量仅为18. 2g/L。该专利技术未使用豆柏粉为氮源。 豆饼粉和豆柏粉是大豆提取豆油之后的剩余物，但成分有所区别。采用压榨法提 取油之后的剩余物为豆饼粉，豆油的残留量较高；而采用有机溶剂提取豆油之后剩余物为 豆柏粉，豆油的残留量低，价格低廉(过程工程学报，2007, 7:149-151 )。 由此可见，目前（R，R)_2, 3-丁二醇的发酵生产主要以高价的酵母粉、蛋白胨、牛 肉膏等为有机氮源，成本较高，大规模生产时原料来源将受到限制。 通过检索，未见有关采用廉价的豆柏粉作为有机氮源生产（R，R)-2, 3-丁二醇的 方法报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用豆柏粉同步酶解发酵制备（R，R)-2, 3- 丁二醇的方 法，它能够采用廉价的豆柏粉替代或减少酵母粉等高价氮源的用量，降低（R，R)-2, 3- 丁二 醇的生产成本。 本专利技术的技术方案为：一种利用豆柏粉同步酶解发酵制备（R，R)-2, 3-丁二醇的 方法，包括如下步骤： 将类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.)接种到以豆柏粉作为有机氮源的发酵培养 基中进行发酵培养，发酵培养温度为37-40°C，发酵时间26小时，所述发酵培养基于121°C 下高压灭菌20min，所得发酵液中即含有（R，R) -2, 3- 丁二醇；所述豆柏粉在所述发酵培 养基中的终浓度为10_80g/L ;所述类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.)为多粘类芽孢杆菌 (Paenibacillus polymyxa)。 所述以豆柏粉作为有机氮源的发酵培养包括豆柏粉及其水解液。 所述发酵培养基还含有中性蛋白酶，所述中性蛋白酶在所述发酵培养基中的 终浓度可为0. 1-0. 8g/L。由于酶解与发酵同步进行，简化了操作步骤，降低了高纯度 (R，R) -2, 3- 丁二醇的生产成本。 所述发酵培养基还含有乙酸钠以提高（R，R)-2, 3- 丁二醇的产量。 所述发酵培养基还含有Tween-80以提高（R，R)-2, 3- 丁二醇的产量。 本专利技术突出的实质性特点和显著进步在于： 本专利技术选择廉价氮源豆柏粉代替现有技术的（R，R)-2, 3- 丁二醇发酵常规培养基 中的高价氮源，从而减少了酵母粉、蛋白胨、牛肉膏等高价氮源的用量，更加适合用于大规 模工业化生产（R，R)-2, 3-丁二醇。发酵液中添加了中性蛋白酶，使得豆柏粉的酶解与发酵 同本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用豆粕粉同步酶解发酵制备(R,R)‑2,3‑丁二醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：将类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）接种到以豆粕粉作为有机氮源的发酵培养基中进行发酵培养，发酵培养温度为37‑40℃，发酵时间26小时，所得发酵液中即含有(R,R)‑2,3‑丁二醇；所述豆粕粉在所述发酵培养基中的终浓度为10‑80g/L；所述类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）为多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢能中，黄日波，郭铃，李检秀，李亿，黄艳燕，
申请(专利权)人：广西科学院，
类型：发明
国别省市：广西;45
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