[发明专利]一种枯草芽孢杆菌发酵生产2;3-丁二醇的方法

说明书

本发明公开了一种枯草芽孢杆菌发酵生产2,3‑丁二醇的方法。发明人对已经公开的产3‑羟基丁酮生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)SFA‑H43，保藏号CCTCC No：M 2013181，进一步的研究发现，菌株SFA‑H43在利用葡萄糖进行发酵3‑羟基丁酮的过程中，同时伴有2,3‑丁二醇产生，2,3‑丁二醇和3‑羟基丁酮可以相互转化，发酵前期产物以2,3‑丁二醇的为主，发酵后期2,3‑丁二醇逆转化为3‑羟基丁酮；发明人通过对发酵培养基及发酵过程的工艺参数的调整，实现了利用菌株SFA‑H43转化葡萄糖大量积累2,3‑丁二醇的目的，产率可达110‑120g/L。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及利用一种枯草芽孢杆菌发酵生产2,3-丁二醇的方法。

背景技术

2,3-丁二醇是一个重要的生物基四碳平台化合物，广泛应用于化工、食品、医药、燃料及航空航天等多个领域。2,3-丁二醇经脱水反应可以生产1,3-丁二烯，1,3-丁二烯可用于合成橡胶、ABS树脂及SBS弹性体等。由于2,3-丁二醇冰点低达-60℃，因此可以用作抗冻剂。2,3-丁二醇还可以通过脱氢反应生成3-羟基丁酮和双乙酰，它们具有令人愉快的乳香香味，是食品工业中常用的调香剂。2,3-丁二醇脱氢还可以生产甲基乙基酮，它是一种燃料添加剂，燃烧值比乙醇还要高，同时甲基乙基酮还可以用作树脂和涂料的溶剂。2,3-丁二醇燃烧热值达到27198J/g，和乙醇(29055J/g)相当，并且具有较高的辛烷值，是一种潜在的高价值航空燃料添加剂。

2,3-丁二醇生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法两大类，化学法主要是在高温、高压条件下，将石油裂解时得到的四碳类碳氢化合物水解产生2,3-丁二醇，工艺条件要求高，随着石油资源的日益消耗和环境问题的恶化，这种化学合成工艺将逐渐被淘汰。微生物发酵法生产2,3-丁二醇由于其原料来源方便、操作工艺简单、环境友好等一系列优点，已引起人们的广泛关注。目前，已经报道的产2,3-丁二醇菌株主要集中在Klebsiella、Enterobacter、Serratia、Bacillus等菌属的菌株(Ji XJ et al.Microbial 2,3-butanediol production:A state-of-the-art review.Biotechnology Advances 29(2011):351–364)，其中产率较高的菌种是Klebsiella pneumoniae、Klebsiella oxytoca、Serratia marcescens，但这两类菌都是条件致病菌，不宜工业化推广。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是公认的安全性菌株，是工业发酵中常用生产菌株。利用枯草芽孢杆菌生产2,3-丁二醇也有报道(饶志明等，一株环境安全的以葡萄糖为底物产2,3-丁二醇枯草芽孢杆菌的选育，中国专利，CN101851598A，2010；R.Biswas et al.Enhancedproduction of 2,3-butanediol by engineered Bacillus subtilis.Appl MicrobiolBiotechnol(2012)94:651–658)，但产率与K.pneumoniae、S.marcescens等菌株相比产率较低，没有竞争优势。提供高效安全的生产2,3-丁二醇的菌株及发酵工艺，是本领域内技术人员面临的主要问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种枯草芽孢杆菌发酵生产2,3-丁二醇的方法。