[发明专利]一种生物转化生产琥珀酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物法生产琥珀酸，其以菊粉植物为原料，通过预处理等手段加工成微生物可以利用的发酵原料，再利用微生物法生产琥珀酸的技术。

背景技术

琥珀酸是三羧酸循环的中间产物之一，同时也是许多厌氧微生物的代谢终产物之一。同时，琥珀酸又是一种用途广泛的重要基础化工原料。在食品领域，琥珀酸可以应用于食品添加剂和调味剂；在医药领域，它可以作为医药制品的辅料；在化工领域，它可以作为发泡剂、清洁剂及离子螯合剂等；在石化工业中，被用作前体化合物生产丁二醇、四氢呋喃、g-丁内酯等重要的化工产品。目前，琥珀酸产品主要由石化产品通过化学法生产，由于生产原料为不可再生的石油资源，导致生产成本直接受国际油价的影响，而且容易造成环境污染问题。因此利用微生物，转化植物中丰富的碳水化合物资源生产琥珀酸成为关注的热点。

自然界中有许多微生物可在厌氧条件下利用葡萄糖、果糖、甘露糖等糖源发酵产生少量的琥珀酸。Guettler等人从厌氧菌株Actinobacillussuccmogen中筛选出抗8g/L氟代乙酸的高产琥珀酸的突变株，以葡萄糖为底物发酵，琥珀酸的产量在发酵罐中的浓度达到110g/L。美国应用碳化学公司于2002年，通过对大肠杆菌的丙酮酸甲酸裂解酶基因(pfl)，乳酸脱氢酶基因(ldh)及葡萄糖磷酸转移酶基因(pstG)三个基因的失活构造出一株工程菌AFP111，该工程菌通过利用玉米浸渍水为营养源在有氧阶段快速生长，然后进入无氧阶段转化葡萄糖生产琥珀酸。

然而，廉价的初级生物质原料是降低发酵成本的有效途径之一。纤维素原料成本低廉，地球上纤维素资源十分丰富，然而目前经济有效的利用纤维素生物质原料是国际性难题之一，普遍采取的方法是采用稀酸处理纤维素原料，然后再通过能表达纤维素酶，并能利用葡萄糖和木糖的微生物催化剂，实现生物炼制。这种方法虽然有效，但由于纤维素处理过程中酸的使用又不可避免的带来了环境问题。玉米淀粉是最简单易得的葡萄糖基原料，微生物利用起来也十分的容易。但是，如果以玉米淀粉作为生物炼制工艺的原料却不符合我国的国情。由于我国耕地面积有限，我国年产玉米1.2亿吨，产量还不足美国的一半，人均占有不到100公斤，并且养殖消耗占70-80％，用于工业的玉米占玉米总产量的10％左右，每年仅1000多万吨，因此国内的玉米淀粉远远满足不了大规模的生物基产业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物转化生产琥珀酸的方法；其生产成本低，原料来源广泛，工艺简单，技术路线成熟，可产业化实施。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种生物转化生产琥珀酸的方法，以菊粉植物为原料，将菊粉植物富含菊粉的器官预处理后经灭菌接入微生物，进行生物转化反应，生产琥珀酸；产生的琥珀酸可以是有机酸的形式存在，也可以是以有机酸盐的形式存在

菊粉是指一系列果糖多聚物，末端带有一个葡萄糖残基；菊粉植物是指在块根、块茎等器官中富含菊粉的一类植物，如菊芋、菊苣和/或大丽花等富含菊粉的植物；所述富含菊粉的器官是指菊粉植物的块根或块茎；

所述预处理是指将菊粉植物富含菊粉的器官其通过物理，化学或生物的方法加工成菊芋片、菊芋粉、菊粉等便于后续加工的原料；或进一步将上述原料通过化学法：如稀酸水解法，或生物法：如利用菊粉酶将其降解成为微生物可以利用的富含糖的原料。

生物转化反应包括微生物的厌氧发酵生产琥珀酸，同时也包括微生物有氧生物转化生产琥珀酸；所述微生物是指一类可利用葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖等单糖，或蔗糖、麦芽糖、果寡糖等寡糖，或菊粉等多糖碳源，生产琥珀酸的常用微生物。如：野生型微生物Anaerobiospirillumsucciniciproducens，Actinobacillus succinogenes或Mannheimiasucciniciproducens，或通过遗传工程与基因工程改造的微生物E.coli，Saccharomyces cereviciae，Actinobacillus succinogenes，Mannheimiasucciniciproducens，4naerobiospirillum succiniciproducens，Zymomonasmobilis或乳酸菌菌株。

具体过程可为，

1)将菊粉植物的块茎按常规方法加工成菊芋粉和/或菊粉后，制成质量浓度2～20％的溶液。