[发明专利]一种嗜热脂肪地芽孢杆菌及其利用木质纤维素产乳酸的方法

说明书

本发明提供了一株可高产乳酸的高温厌氧菌嗜热脂肪地芽孢杆菌GS‑2H‑3，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.23683，保藏日期2021年10月28日。所述的嗜热脂肪地芽孢杆菌GS‑2H‑3，具有较宽的最适pH条件，能够在高温条件下高产乳酸，不但副产物少，而且乳酸产量高；与现有产乳酸菌株相比，实现了高温条件下产量的显著提升。同时，本发明提供了将所述嗜热脂肪地芽孢杆菌GS‑2H‑3与热纤梭菌偶联进行“一锅法”生产乳酸的方法。所述方法利用热纤梭菌与GS‑2H‑3最适生长条件相错的特点，通过pH或者温度的控制，实现了以木质纤维素为底物乳酸的生产，不但操作简单、降低了生产成本，而且最大程度上提高了乳酸的产量，而且降低副产物的生成，具备重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于生物学领域，具体涉及一株生产乳酸的嗜热脂肪芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)以及采用所述菌株偶联热纤梭菌，以木质纤维素为底物生产乳酸的方法。

背景技术

乳酸是重要的精细化工中间体，在食品、医药、日化及可降解材料等领域有着重要的应用。由乳酸单体缩聚而成的高分子聚合物聚乳酸(Polylactic acid，PLA)是一种重要的可降解塑料，被产业界一致认定为新世纪最有发展前途的新型“生物基材料”。由于PLA日益得到重视，乳酸的生产技术也受到了广泛关注。目前全世界的乳酸工业生产中，绝大部分都是通过微生物发酵法进行；该方法具有生产成本低、产物光学纯度和安全性高、生产条件温和、污染小等优点。

然而，现有的生物发酵制备乳酸均以淀粉来源的葡萄糖为碳源进行生产，存在成本受粮食价格波动以及与人争粮、与粮争地的问题。据报道，原料成本已超过了乳酸生产成本的34％。为解决这一问题，研究人员开发了木质纤维素原料到糖的转化方法，以实现非粮原料对淀粉糖的替代。目前，主要利用真菌来源的商业化纤维素酶、半纤维素酶将预处理的农业秸秆等木质纤维素原料进行水解，获得含糖水解液，再以水解液作为糖源进行下游发酵培养。例如，专利CN201510025738.8采用机械法处理木质纤维素，然后添加游离酶获得可发酵糖，再用于乳酸发酵。然而，采用真菌来源的酶制剂成本高昂，使得木质纤维素来源的可发酵糖不具有与淀粉糖相比的市场竞争力，进而导致木质纤维素来源乳酸的发酵技术难以真正实现实际应用。除此之外，现有技术中木质纤维素来源乳酸的发酵技术还存在过程复杂、产率不理想等问题。发明专利CN202110660995.4利用酸处理木质纤维素原料得到水解液，通过恶臭假单胞菌生物处理实现脱毒后，再利用凝结芽孢杆菌生成乳酸，过程较为复杂、周期长，而且易产生含酸污水。Sun,Y.,et al.(Bioprocess Biosyst Eng.(2021)10.1007/s00449-021-02616-5)公开了以硫酸预处理的玉米芯为原料，利用一个复杂菌群实现纤维素降解和乳酸合成的技术。该技术中反应温度在45℃左右，但乳酸得率仅为0.5克每克底物。

发明专利201810939329.2、201810939479.3提出了不依赖于游离酶的木质纤维素糖化方法，主要利用热纤梭菌等高温纤维素降解菌为全菌催化剂。发明专利201810939294.2、 201810939182.7、201810939517.5、201810939181.2、201810939518.X等进一步明确了这种木质纤维素糖化方法可以与下游的发酵技术配合使用。然而，用于木质纤维素产琥珀酸的菌株以及相关应用技术仍然十分缺乏。因此，得到同时具备耐高温、耐酸、培养成本低等特点的新型高效乳酸发酵生产菌株对于工业生产十分重要。

发明内容

针对现有技术中以木质纤维素为原料生产乳酸所存在的问题，本发明提供了一种用于生产乳酸的嗜热脂肪地芽孢杆菌株Geobacillus stearothermophilus GS-2H-3，具有抗逆性高且在高温条件可利用多种碳源发酵生产乳酸的特点。同时，本申请提供了所述菌株GS-2H-3，与纤维素降解高温菌热纤梭菌以木质纤维素为底物联合发酵生产乳酸的方法，具有重要的实际应用价值。

本发明的技术方案：