[发明专利]一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5-戊二胺的方法

说明书

本发明公开了一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5‑戊二胺的方法，所述的方法为构建表达木糖脱氢酶xylb和赖氨酸脱羧酶CadA的基因工程菌，将基因工程菌制得的种子液接种至含有玉米芯水解液的发酵培养基中发酵生产1,5‑戊二胺。与现有技术中直接以木糖为碳源，1,5‑戊二胺产量为8.82g/L，木糖与戊二胺的质量转化率为0.44g/g，本发明以玉米芯水解液作为碳源，1,5‑戊二胺产量为15.7g/L，水解液中的木糖与戊二胺的质量转化率为0.36g/g。玉米芯比木糖价格低廉，相同成本下使用玉米芯水解液替代木糖具有客观的经济效益，且利用废弃农作物对环境友好。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5-戊二胺的方法。

背景技术

1,5-戊二胺，即尸胺是生物体内广泛存在的具有生物活性的含氮碱，为蛋白质腐败时赖氨酸在脱羧酶作用下发生脱羧反应时生成。在农业上，其可用于调控植物衰老过程、促进雌雄蕊的发育、改善植物果实发育、提高果实产量；在医学上，其可作为一种有效治疗痢疾的药物；在工业上，将1,5-戊二胺与二元酸进行聚合反应可合成优质高分子材料新型尼龙，被广泛应用于航空航天,汽车部件、机械零部件、电子电器、包装材料、胶粘剂及化妆品等领域。

目前生物法生产戊二胺主要集中于两条途径：一种是酶法生产戊二胺，即用赖氨酸脱羧酶或含有赖氨酸脱羧酶的细胞来催化L-赖氨酸生成戊二胺；另一种是选择合适的微生物，以葡萄糖为原料，直接发酵生产戊二胺。酶法生产戊二胺条件复杂，需要添加多种辅因子，难以投入大规模生产。利用微生物直接发酵生产戊二胺成本低廉，有利于大规模生产。目前利用生物法转化可再生资源或废弃资源来生产1,5-戊二胺具有污染小、环境友好、可持续发展等优点。木质纤维素原料充足而廉价，如果能将之利用，不仅改善了农作物废物燃烧对大气的环境污染，也提高了废弃物的经济价值，同时为能源紧缺提供一条可持续发展道路。玉米芯中含有丰富的半纤维素主要成分为木糖，将玉米芯经过酸处理水解能得到大量木糖。

目前1,5-戊二胺的发酵生产方面的研究主要集中在以葡萄糖等单糖为原料上，还未有利用大肠杆菌以木糖为单一碳源发酵生产戊二胺的技术，同时以利用废弃玉米芯中木糖为碳源大肠杆菌发酵生产戊二胺还未见报道。木糖相比于葡萄糖价格低廉，且在废弃农作物中储存量大，利用玉米芯中木糖生产戊二胺不仅能大大降低1,5-戊二胺的生产成本，还可以提高废弃农作物的利用率，对环境十分友好。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5-戊二胺的方法，打通了大肠杆菌中以木糖为碳源发酵生产1,5-戊二胺的途径，利用玉米芯水解液中的木糖为碳源，降低了1,5-戊二胺的发酵成本。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用玉米芯水解液中木糖一步发酵生产1,5-戊二胺的方法，其包括如下步骤：构建表达木糖脱氢酶xylb和赖氨酸脱羧酶CadA的基因工程菌，将基因工程菌制得的种子液接种至含有玉米芯水解液的发酵培养基中发酵生产1,5-戊二胺。

其中，所述的表达木糖脱氢酶xylb和赖氨酸脱羧酶CadA的基因工程菌中，木糖脱氢酶，Gene ID:7329904；赖氨酸脱羧酶，Gene ID:948643。

其中，所述基因工程菌的构建方法包括如下步骤：

(1)构建重组质粒pCDFduet-CadA和重组质粒pTRC99a-xylb；

(2)构建大肠杆菌。

步骤(1)中，所述重组质粒pCDFduet-CadA的构建方法为将来源于大肠杆菌MG1655的赖氨酸脱羧酶的基因CadA，两端设计酶切位点NotIII和BglII，亚克隆到载体pCDFduet上，获得重组质粒pCDFduet-CadA。