[发明专利]一种能降解利用餐厨废弃物的基因工程产朊假丝酵母及其构建方法

说明书

本发明公开了一种能降解利用餐厨废弃物的基因工程产朊假丝酵母。该基因工程产朊假丝酵母是通过产朊假丝酵母多基因共表达载体将α‑淀粉酶、糖化酶和酸性蛋白酶基因整合至产朊假丝酵母基因组上，并正确表达这三种酶而获得。其中α‑淀粉酶和糖化酶为表面展示表达，酸性蛋白酶为分泌表达。通过成功同时表达α‑淀粉酶、糖化酶和酸性蛋白酶，本发明的基因工程产朊假丝酵母能高效的降解餐厨废弃物种的主要应用成分淀粉及蛋白质，为酵母生长发酵提供碳源和氮源，实现餐厨垃圾到乙醇的高效转化。

技术领域

本发明涉及遗传工程及发酵工程领域，尤其涉及一种能降解利用餐厨废弃物的基因工程产朊假丝酵母及其构建方法。

背景技术

餐厨废弃物是指家庭、食堂以及餐饮行业的食物废料和残余，是城市生活垃圾的重要组成部分。餐厨废弃物含水量高、营养物质丰富，其中有机物含量占干物质的95％以上，富含淀粉、糖类、蛋白质、脂肪等。餐厨废弃物同时还含有维生素、氮、磷、硫、钾、钙、镁等微量元素，营养元素齐全，能够被生物再利用。但是，正是由于餐厨废弃物含水量高、营养物质丰富，在常温条件下微生物会利用各类有机物和无机盐快速繁殖进行代谢，使餐厨废弃物腐烂发臭、污染环境，为处理带来极大麻烦。餐厨废弃物数量巨大，在我国每年的餐厨废弃物产量在6000万吨以上，但是，目前大部分的餐厨废弃物被用来喂猪、填埋，甚至制造“地沟油”，造成了严重的环境污染，仅少部分得以合理利用，比如焚烧、堆肥和沼气等等，但经济效益低下。因此，寻找一种能将餐厨废弃物进行充分资源化利用的办法，是餐厨废弃物处理面临的重要课题。

由于餐厨废弃物富含淀粉、糖类、蛋白质等有机物，因此是一种理想的可再生物质。利用餐厨废弃物作为原料生产非粮燃料乙醇，是非常有前景的一个发展方向。一方面，可以解决餐厨废弃物资源化利用的问题，既可以变废为宝，提高经济效益，又可以解决环境污染问题，具有巨大的社会效益；另一方面，以餐厨废弃物为原料，可以解决目前我国燃料乙醇生产原料以粮食性淀粉为主，推高粮食价格，造成粮食危机的问题。

产朊假丝酵母(Candida utilis)，又称产朊圆酵母或食用圆酵母，是美国食品和药品管理局(FDA)认证的安全酵母(GRAS,Generally Recognized as Safe)，也是我国食品药品监督管理局认证的“可用于保健食品的真菌”。产朊假丝酵母是一种重要的工业酵母，被用于生产多种高附加值的生物制剂，如谷胱甘肽、RNA、淀粉酶、L-乳酸、类胡萝卜素等。与酿酒酵母类似，产朊假丝酵母可以利用葡萄糖发酵产乙醇，而且糖醇转化率与酿酒酵母相当。而且，与酿酒酵母相比，产朊假丝酵母又具有以下优势：(1)产朊假丝酵母属于克雷布特效应阴性菌(Crabtree-negative)，在富含葡萄糖的培养基中生长时，呼吸作用不受抑制，不产生乙醇；在严格好氧的条件下能够快速生长；(2)产朊假丝酵母发酵密度高，在有效的连续培养条件下，可以实现高密度培养，细胞干重可达92g/L，有利于高效产出所需产品；(3)产朊假丝酵母能够利用廉价的糖蜜和木材水解液作为养分生长，节约生产成本；(4)产朊假丝酵母可以同时将戊糖和己糖作为碳源；(5)产朊假丝酵母不仅适应多种碳源和氮源(包括尿素和硝酸)，其蛋白质含量和维生素B含量比酿酒酵母高；(6)它的分泌蛋白质组不含任何蛋白酶，有利于其作为宿主菌表达外源蛋白；(7)产朊假丝酵母是一种可食用的、安全的单细胞蛋白，其产物和菌体自身可直接作为添加剂应用于食品、医药和化妆品行业，无需经过复杂的分离纯化程序，既省时又省力。

但是产朊假丝酵母缺乏有效降解淀粉生成葡萄糖、降解蛋白质生成多肽和氨基酸的酶，在自然条件下不能直接利用餐厨废弃物中的淀粉和蛋白质作为碳源和氮源来发酵产生乙醇。因此，为了以餐厨废弃物作为原料发酵生产乙醇，必须通过基因工程，将能降解淀粉和蛋白质的酶的基因导入产朊假丝酵母中，以弥补其降解餐厨废弃物能力的缺陷，使重组产朊假丝酵母可以利用自身合成的淀粉酶和蛋白酶将餐厨废弃物中的淀粉和蛋白质降解成为可以利用的碳源和氮源，从而实现利用餐厨废弃物发酵生产燃料乙醇的工业化目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能降解利用餐厨废弃物的基因工程产朊假丝酵母。