一种利用葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用葡糖杆菌(Gluconobacter?sp.)CGMCC?No.5146生产二羟基丙酮的方法，其中，包括以下步骤：利用山梨醇为底物的培养基进行初期发酵培养，直到葡糖杆菌的菌体生长至稳定期，将所得到的含菌体和产物二羟基丙酮的溶液放置在膜生物反应器中，利用以甘油为底物的培养基进行连续发酵，持续通过膜生物反应器过滤出不含菌体的发酵液，同时不断向膜生物反应器中补充新鲜的以甘油为底物的培养基，分离发酵液中的二羟基丙酮，并进行提纯。底物甘油浓度60g/L时，DHA浓度56.75g/L，体积产率9.02g/(L.h)，甘油转化率达到90％以上，收率达到80％以上，突破了微生物发酵法制取二羟基丙酮产率低、成本高的技术瓶颈。本发明专利技术具有操作简单方便、节能、生产效率高等特点，适合于工业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种葡糖杆菌(Gluconobacter sp. ) CGMCC No. 5146产生二羟基丙酮的方法。
技术介绍
二羟基丙酮，又称1，3-二羟基丙酮，简称DHA，英文名为1，3-dihydroxyacetone。 DHA是最简单的酮糖，表观分子式为C3H6O3，分子量为90. 07。DHA外观为白色粉末，有甜味，水溶性> 250g/L(20°C )，在pH 6. O时稳定，熔点为 70 80°C (单体和二聚体的混合物)，易溶于水、乙醇、丙酮及乙醚等溶剂。一般状态下， DHA是以二聚体(l，4-DioXane)形式存在的结晶，但是，经溶解或加热后则变为单体。二羟基丙酮(DHA)是一种天然存在的酮糖，具有生物可降解性，可食用且对人体和环境无毒害。DHA分子中含有3个官能团O个羟基，1个羰基)，化学性质活泼，广泛参与诸如聚合、缩合等各种化学反应，是一个重要的化学合成中间体，也是一个重要的多功能试剂，如在工业应用上，能有效地还原丁二烯-苯乙烯复合物。以DHA为主要成分的保鲜剂可用于果蔬、水产品、肉制品的防腐保鲜。DHA不仅是一种重要药物，也是一种重要的医药中间体，如作为药物已经应用在低血糖与糖尿病的治疗及某些病毒性皮肤病的治疗上。DHA 被广泛应用于化妆品中，与皮肤表层自由氨基结合形成细密的薄膜，起到很好的保湿及防晒作用。DHA的生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法。目前，国内外DHA的生产主要采用微生物转化甘油的方法。微生物转化甘油生产DHA的原理就是利用微生物代谢产生的甘油脱氢酶，使甘油分子结构中2位C上的羟基进行反应，生成DHA。 因此，理论上凡是能够利用甘油，并且具有相应的甘油脱氢酶系的微生物，都可具有反应条件温和、底物利用率高、副产物少、工艺简单易于控制等优点，以转化甘油生产 DHA。自1898年Bertrand发现利用细菌可以将甘油转化成DHA后，各国科研人员对微生物发酵甘油生产DHA进行了多方面研究，目前用于以甘油为底物生产DHA的菌种主要以弱氧化醋酸杆菌(Acetobacter Suboxydans)禾口氧化葡H杆菌(Gluconobacter oxydans) 为主，两者都为革兰氏阴性棒状杆菌，属于醋酸杆菌属，且拥有相似的代谢机制。此外，粗状假丝酵母(Candida valida)、粗糙脉胞菌(Neurospora crassa)、汉逊酵母(Hansenula polymorpha)、产气克雷伯氏菌(Klebsiella aerogenes)、大肠杆菌(Escherichia coli)、 膜璞毕赤酵母(Pichia membranifaciens)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)等也有报道能够将甘油转化为DHA。目前生物法生产DHA中存在底物和产物对生产菌株的抑制效应，从而导致甘油浓度提高时转化率降低，生产周期延长等问题，以及发酵法生产DHA后续分离提取产品工艺中存在的工序复杂、分离能力小、分离成本高及产品收得率低等问题，因此，DHA在国内还未实现工业化生产。本专利技术针对目前该技术存在的缺陷，通过紫外线和烷化剂EMS复合诱变处理氧化葡糖杆菌出发菌株Gluconobacter oxydans (G. oxydans)，然后经筛选培养基培养后，得到高产诱变菌株葡糖杆菌(GluconcAacter sp.)CGMCC No. 5146。所述诱变菌株具有高甘油脱氢酶活性、产物耐受性和底物耐受性高等特点。另外还选择稳定高效的发酵工艺以提高甘油转化效率，降低生产成本，实现工业化发酵生产DHA。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效、节能、操作简单的二羟基丙酮发酵生产新工艺。本专利技术提供的，其特征是，所述的葡糖杆菌为葡糖杆菌 Gluconobacter sp.，CGMCC No. 5146。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，包括以下步骤步骤一、利用山梨醇为底物的培养基进行初期发酵培养，直到葡糖杆菌 Gluconobacter sp.，CGMCC No. 5146的菌体生长至稳定期，即菌体浓度不再增加；步骤二、将通过步骤一得到的含菌体和产物二羟基丙酮的溶液放置在膜生物反应器中，利用以甘油为底物的培养基进行连续发酵，即在发酵过程中，持续通过膜生物反应器上的膜组件，过滤出不含菌体细胞的澄清的发酵液，同时不断向膜生物反应器中补充新鲜的所述以甘油为底物的培养基。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，在步骤二之后还包括步骤三然后分离发酵液中的二羟基丙酮，并进行提纯。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，所述膜生物反应器为利用中空纤维超滤内压膜的膜生物反应器。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，山梨醇为底物的培养基组成，重量(g)/体积(L)比，为酵母膏2. O 3.0，蛋白胨1.5 2. 5，山梨醇25. O 35.0， (NH4)2SO4 1. 5 2. 5，MgSO4 · 7Η20 0. 5 1. 5，K2HPO4 · 3H202. O 3. 0，MnSO4 · IH2O 0. 4 0. 6，CaCO3 2. O 3. 0，CaCl2 1. 0 1. 5，ρΗ 5. 0 6. 5，以溶剂水配置。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，山梨醇为底物的培养基组成，重量(g)/体积(L)比，为酵母膏2. 5，蛋白胨2.0，山梨醇30.0，(NH4)2SO4 2.0， MgSO4 · 7H20 1.0，K2HPO4 · 3H20 2. 62，MnSO4 · IH2O 0. 56，CaCO3 2. 5，CaCl2 1· 25，ρΗ6· 0，以溶剂水配置。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，所述以甘油为底物的培养基组成，重量(g)/体积(L)比，为酵母膏2.0 3.0，蛋白胨1.5 2. 5，甘油50.0 70.0， (NH4)2SO4 1. 5 2. 5，MgS04 ·7Η20 0· 5 1· 5，K2HPO4 · 3Η20 2· 0 3· 0，MnSO4 · IH2O 0· 4 0. 6，CaCO3 2. 0 3. 0，CaCl2 1. 0 1. 5，ρΗ 5. 0 6. 5，以溶剂水配置。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，所述以甘油为底物的培养基组成，重量(g)/体积(L)比，为酵母膏2.5，蛋白胨2.0，甘油60.0，(NH4)2SO4 2.0，MgSO4 · 7H20 1.0，K2HPO4 · 3H20 2. 62，MnSO4 · IH2OO. 56，CaCO3 2. 5，CaCl2 1· 25，pH 6· 0，以溶剂水配置。优选的是，所述的葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，所述葡糖杆菌 Gluconobacter sp.，CGMCC No. 5146为通过紫外线和烷化剂EMS复合诱变处理醋酸杆菌属的氧化葡糖杆菌而得到的。优选的是，所述的氧化葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，所述连续发酵时间超过400小时。优选的是，所述的氧化葡糖杆菌产生二羟基丙酮的方法中，二羟基丙酮的提纯步骤包括经过所述离子交换处理后的二羟基丙酮滤液于40°C下真空蒸发直至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王福清，徐莉，张桐，
申请(专利权)人：中科医药行业生产力促进中心有限公司，
类型：发明
国别省市：