[发明专利]一种添加氨基酸促进微生物合成2,3-丁二醇的方法

说明书

本发明公开一种添加氨基酸促进微生物合成2，3‑丁二醇的方法，包括以下步骤：1)配制多粘类芽孢杆菌的种子培养基，接种活化的多粘类芽孢杆菌至种子培养基中进行种子培养，制得多粘类芽孢杆菌种子液；2)配制多粘类芽孢杆菌的发酵培养基，在接种种子液前向发酵培养基中加入氨基酸，氨基酸的初始浓度为0.5～2.5g/L；3)将步骤1)制得的多粘类芽孢杆菌种子液接种至步骤2)制得的发酵培养基中进行发酵培养。本发明通过在发酵培养基加入特定浓度的氨基酸，使得多粘类芽孢杆菌发酵过程中的菌体生长量增加，并使菌体内的代谢活动旺盛，提升了对目标产物2，3‑丁二醇的合成能力，提高了菌体对于底物的利用率、目标产物的产量以及生产强度。

技术领域

本发明属于生物化工领域，具体涉及一种添加氨基酸促进微生物合成2，3- 丁二醇的方法。

背景技术

2，3-丁二醇(2，3-Butanediol，简写为2，3-BD)在化工、食品、燃料及航空航天等领域均有着优良的应用前景，其燃烧值为27198J/g，媲美乙醇(29005J/g)，是极具潜力的液体燃料，其众多的衍生物，如甲乙酮、1，3-丁二烯、异构化辛烷以及3-羟基-2-丁酮(俗称乙偶姻)等，也广泛应用于油漆、橡胶、优质航空用油以及食品添加剂等产品的生产过程。

2，3-丁二醇的制备方法分为化学合成法和生物发酵法。化学合成法合成2，3 丁二醇的过程如图1所示，以石油裂解后形成的1-丁醇为原料，依次合成化合物 1-丁烯、2-氯丁烷、2-丁烯和3-溴-2-丁醇，最后水解3-溴-2-丁醇制得混旋型的 2，3-丁二醇。上述2，3-丁二醇的工业化合成方法存在工艺复杂、生产成本高以及环境污染严重等弊端，不利于可持续发展，不符合环境友好型经济发展的主题。 R，R-2，3-丁二醇等单一构型2，3-丁二醇的制备，需要在此基础上对混旋型2，3-丁二醇进行进一步的手性拆分。生物法合成2，3-丁二醇的过程如图2所示，以非粮可再生的资源(菊芋、乳清、糖蜜和木质纤维素等)为原料，通过稀酸水解或酶解制得的糖液，可供微生物代谢利用制备2，3-丁二醇。与化学合成法相比，生物炼制的原料为可再生资源，减少了对日益枯竭的石油资源的依赖性，且工艺过程简单，减少了化学法合成过程中造成的环境污染。

菌种的选择对生物发酵法制备2，3-丁二醇十分关键。目前，已报道的用于2，3- 丁二醇生产的菌属主要有：克雷伯氏杆菌属(Klebsiella)、芽孢杆菌属(Bacillus)、肠杆菌属(Enterobacter)以及沙雷氏菌属(Serratia)等兼性厌氧菌，其中研究较多的是克雷伯氏杆菌和芽孢杆菌。由于Klebsiella被世界卫生组织界定为条件致病菌(pathogenicmicroorganisms)，使得其在大规模工业化制备2，3-丁二醇时存在一定的安全隐患。不同于克雷伯氏菌，多粘类芽孢杆菌为非致病菌，产物中 R，R-2，3-丁二醇的光学纯度约＞98％，是研究制备超高光学纯度(＞99.99％)R，R-2，3- 丁二醇最常用的菌种。

在发酵生产2，3-丁二醇时，除提供菌体生长所必需的碳源和氮源，有研究报道，适当添加少量的营养因子，如乙酸、柠檬酸、维生素和微量元素等，可有助于促进微生物的生长以及产物的合成。