一種微生物發酵選擇性生產3-羥基-2-丁酮和2,3-丁二醇的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用一株環境安全菌株Bacillus?amyloliquefaciens?CCTCC?NO:M2012349，通過改變培養基中玉米漿含量及攪拌轉速和通氣量，就可以選擇性生產3-羥基-2-丁酮或2，3-丁二醇的方法，屬于生物工程中發酵【技術領域】。該方法具體的說，主要合成3-羥基-2-丁酮時，可將發酵培養基中的玉米漿濃度降低至5g/L及以下，發酵過程中保持較高的溶氧水平(空氣流量為240m3/h·m3培養基，攪拌轉速為450r/min)；主要合成2，3-丁二醇時，可將發酵培養基中的玉米漿濃度增加至40g/L及以上，發酵過程中保持較低的溶氧水平(空氣流量為120m3/h·m3培養基，攪拌轉速為350r/min)。
【專利說明】—種微生物發酵選擇性生產3-羥基-2- 丁酮和2，3- 丁二醇的方法
【技術領域】
[0001] 利用一株安全菌株發酵葡萄糖選擇性生產乙偶姻和2，3-丁二醇，屬于生物工程中發酵【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著能源資源的日益短缺和環境問題的日益嚴重，開發可再生的生物質資源為原料，經過化學、生物及其集成方法生產各種化學品、功能材料和能源物質的生物煉制技術越來越受到國內外的高度重視。2，3-丁二醇是重要的化工原料和液體燃料，廣泛應用于化工、食品、燃料及航空航天等領域。2，3- 丁二醇脫氫生成雙乙酰，是一種高價值食品風味劑，具有一定的抑菌效果。2，3-丁二醇是一種極具價值的液體燃料，其燃燒值與甲醇(22.1kJ/g)、乙醇(29.0kJ/g)相當。由于2，3-丁二醇的高辛烷值，它可作為汽油的辛烷值提升劑或航空燃料另外，2，3-丁二醇及其衍生物亦可廣泛用于藥用載體、增塑劑、柔軟劑等的生產。3-羥基-2-丁酮(乙偶姻)是一種應用廣泛的天然食用香料，脫水生成的甲乙酮可作為一種高價值的液體燃料添加劑，脫水生成的1，3- 丁二烯可用于合成橡膠、ABS樹脂及SBS彈性體等；酯化產品是合成聚酯和聚氨酯的前體。
[0003]3-羥基-2-丁酮是2，3-丁二醇合成的前體物質。目前報道的2，3-丁二醇和3-羥基-2-丁酮生產菌株多為克雷伯氏菌屬(Klebsiella)腸桿菌屬(Enterobacter)和沙雷氏菌屬(Serratia)等，這些菌株發酵葡萄糖的主要產物是2，3_ 丁二醇，如果要用來合成3-羥基-2- 丁酮，要么對這些菌株進行基因工程改造；要么延長發酵時間，使2，3- 丁二醇逆向轉化為3-羥基-2-丁酮。另外，這些菌種具有潛在致病性，不符合符合工業化安全生產的要求。因此，使用安全菌種利用葡萄糖合成3-羥基-2- 丁酮或2，3- 丁二醇具有良好的工業化前景。本發明利用一株安全菌株Bacillus amyloliquefaciens CCTCC M2012349以葡萄糖為底物，通過調整培養基中玉米漿的含量及攪拌轉速和通氣量，即可以實現選擇性生產3-羥基-2- 丁酮或2，3- 丁二醇的目的。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種利用一株安全菌株Bacillus amyloliquefaciensCCTCC M2012349發酵葡萄糖選擇性生產3-羥基-2- 丁酮或2，3- 丁二醇的方法。
[0005]本發明實現過程如下:
[0006]本發明所使用菌種為B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349 (已保藏于中國典型培養物保藏中心；保藏單位地址:中國.武漢.武漢大學；保藏日期:2012年9月14日；保藏編號為:CCTCCN0:M2012349)。最近我們發現通過調整發酵培養基中玉米漿的含量及攪拌轉速和通氣量可以調控B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349利用葡萄糖選擇性合成3-羥基-2- 丁酮或2，3- 丁二醇，其具體生產工藝如下:
[0007](I)挑取平板上保藏的B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349單菌落接種于種子培養基中培養，優選的培養時間為12h，培養溫度為37°C，種子培養基組成如下:
[0008]酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，NaC110g/L ;種子培養液采用250mL搖瓶培養，將種子液在搖床上培養12h左右，培養溫度為37°C，搖床轉速為160r/min。
[0009](2)B.amyloliquefaciens CCTCC M2Ol2349 發酵培養
[0010]條件1:合成3-羥基-2- 丁酮的發酵培養條件如下:
[0011]培養基組分:葡萄糖160g/L，玉米漿5g/L，尿素3g/L，檸檬酸鈉6g/L，K2HP044g/L，MgSO40.2 g/L ;將上述發酵培養基用5mol/L的NaOH調節其pH至6.5，在121°C下高溫滅菌30min。發酵參數:發酵裝置為5L發酵罐，初始裝液量為2.5L，接種量為4%。發酵條件為:空氣流量為240m3/h.m3培養基，攪拌轉速為450r/min，發酵時間為40_48h。發酵結束后，發酵液經離心等處理后，利用氣相色譜的FID檢測器即可檢測發酵液中3-羥基-2- 丁酮和2，3_ 丁二醇含量。結果如圖1所示。
[0012]條件2:合成2，3- 丁二醇的發酵培養條件如下:
[0013]葡萄糖160g/L,玉米衆 40g/L,尿素 3g/L,朽1 檬酸鈉 6g/L, K2HP044g/L, MgSO40.2g/L ;將上述發酵培養基用5mol/L的NaOH調節其pH至6.5，在121°C下高溫滅菌30min。發酵參數:發酵裝置為5L發酵罐，初始裝液量為2.5L，接種量為4%。發酵條件為:空氣流量為120m3/h.m3培養基,攪拌轉速為350r/min,發酵時間為40_48h。發酵結束后,發酵液經離心等處理后，利用氣相色譜的FID檢測器即可檢測發酵液中3-羥基-2- 丁酮和2，3- 丁二醇含量。結果如圖2所示。
[0014]表1 不同發酵條件下 B.amyloliquefaciens CCTCC M2012349 合成 3_ 羥基 _2_ 丁酮和2，3-丁二醇情況
[0015]
【權利要求】
1.一種利用一株安全菌株發酵葡萄糖選擇性生產3-羥基-2-丁酮和2，3_ 丁二醇的方法，其特征在于以葡萄糖為底物，利用一株安全菌株解淀粉芽孢桿菌Bacillusamyloliquefaciens CCTCC M2012349 發酵其選擇性生產 3-羥基-2-丁酮或 2，3-丁二醇。
2.一種用于權利要求1所述方法的選擇性生產3-羥基-2-丁酮發酵培養方法，其特征在于發酵培養基組分及發酵條件如下: 培養基成分:葡萄糖160g/L，玉米漿5g/L，尿素3g/L，檸檬酸鈉6g/L，K2HP044g/L,MgSO40.2g/L ;將上述發酵培養基用5moI/L的NaOH調節其pH至6.5，在121°C下高溫滅菌30 min ； 發酵發酵條件:將培養好的種子液按4%接種量接種于發酵培養基中進行發酵培養，發酵溫度37°C，空氣流量為240m^3/h.m3培養基，攪拌轉速為450r/min。
3.一種用于權利要求1所述方法的選擇性生產2，3- 丁二醇發酵培養方法，其特征在于發酵培養基組分及發酵條件如下: 培養基成分:葡萄糖160g/L，玉米漿40g/L，尿素3g/L，檸檬酸鈉6g/L，K2HP044g/L,MgSO40.2g/L ;將上述發酵培養基用5moI/L的NaOH調節其pH至6.5，在121°C下高溫滅菌30min ； 發酵發酵條件:將培養好的種子液按4%接種量接種于發酵培養基中進行發酵培養，發酵溫度37°C，空氣流量為120m3/h.m3培養基，攪拌轉速為350r/min。
【文檔編號】C12P7/26GK103525877SQ201310342414
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月8日 優先權日:2013年8月8日
【發明者】饒志明, 楊套偉, 張顯, 徐美娟 申請人:江南大學