[发明专利]一种微生物催化生产正丁酸的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程与发酵技术领域，具体涉及一种微生物催化生产正丁酸的方法及装置。

背景技术

正丁酸(CH₃CH₂CH₂COOH，butyrate，以下简称丁酸)在工业上有着多种用途，作为化工原料，用于制造丁酸纤维素、合成丁酸酯；在食品行业，可直接添加在乳制品中以提高奶油风味，其酯类也在食品和香水中作为香料广泛使用。同时，丁酸作为短链脂肪酸(short-chainfatty acid，SCFA)是人和其它单胃动物肠上皮细胞的优选能量来源，可以抑制肠炎发生，能维持和促进恢复肠道的正常功能(Gibson，et al.Carcinogenesis 1999，20：539-544；Hijova，et al.Bratisl Lek Listy，2007，108(8)：354-358；Hamer，et al.AlimentaryPharmacology & Therapeutics.2008，27(2)：104-119)。近年来研究还表明，丁酸是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase)的抑制剂，能诱导肿瘤细胞的分化和凋亡，而具有抗癌作用(Davie.Journal of Nutrition，2003，133(Suppl.7)：2485S-2493S)。因此，丁酸在胃肠炎、癌症、白血病等治疗方面具有很好的应用潜力。目前已有多个丁酸的前体药物被合成和研究，以解决丁酸在体内因代谢过快导致的效果偏低的问题(Entin-Meer，et al.Molecular Cancer Therapeutics，2005，4(12)：1952-1961；Brioschi，et al.Molecules.2008，13(2)：230-254；Rephaeli，et al.Drug Development Research，2000，50：379-391)。此外，还有研究报道，丁酸对土传病原真菌和线虫具有较强的抑制或杀灭作用，有可能成为合成土壤熏蒸剂的替代品(Browning，et al.Soil Biology and Biochemistry，2006，38(2)：401-404)。

丁酸的生产可分为化学合成和微生物催化。化学合成主要有正丁醛氧化法、丙烯羰基化法，前者工艺简单、成本低，已成为目前主要生产方法。这种基于石油的化学合成方法，众所周知的能源危机将予之带来挑战。而随着丁酸及其衍生物在生物相关领域功用的不断发现和实际应用，消费者又日趋青睐生物源制品，微生物催化生产的丁酸产品的价值将会不断增加，并高于化学合成的丁酸产品。因此，微生物催化生产丁酸具有较大的发展潜力。

微生物催化生产丁酸是一个厌氧过程。能产丁酸的微生物主要包括梭菌属(Clostridium)、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、丁酸杆菌属(Butyribacterium)、八叠球菌属(Sarcina)、真杆菌属(Eubacterium)、梭杆菌属(Fusobacterium)、巨球形菌属(Megasphaera)、产黑色素拟杆菌(Bacteroides melaninogenicus)、溃蚀密螺旋体(Treponema phagedenis)、不解糖消化链球菌(Peptostreptococcus asaccharolyticus)。其中前三个属是研究最多的微生物，而用梭菌发酵丁酸产量相对较高、稳定性较好，被认为最具商业化潜力。