[发明专利]一种C8:0/C10:0/C12:0/C14:0中链脂肪酸及其乙酯的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，特别涉及一种C8:0/C10:0/C12:0/C14:0中链脂肪酸及其乙酯的生产方法。

背景技术

生物柴油作为化石能源的可替代品，具有安全、可生物降解、燃烧完全等优点，已受到许多国家的高度关注与重视。2010年，全球生物柴油产量约为1700万吨，并呈现持续增长的趋势。目前，生物柴油主要利用动、植物油脂、油脂精练后的下脚料、油泥以及城市潲水油、油炸食品后的废油等，经改性处理，在催化剂催化下与短链醇如甲醇或乙醇等复合而成。生物柴油的主要成分是脂肪酸短链酯，如脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯等。

原料成本和生产工艺是制约生物柴油生产的两大因素。生物柴油的生产原料目前大多是采用植物油脂和少量动物油脂，如豆油(主要是美国采用)、菜籽油(欧洲采用)、棕榈油(印度尼西亚)和废油(日本)等。我国主要使用地沟油和酸化油作为原料生产生物柴油(谭天伟等，2002)。原料不足是制约生物柴油规模化生产的关键因素，原料成本已占生物柴油生产成本的75％以上，而且，大量种植含油植物存在与农业争地、破坏生物多样性等问题。自20世纪90年代以来，利用微生物或藻类发酵生产油脂成为燃料油脂研究的重要方向和热点领域。清华大学吴庆余等利用氮限制培养异养微藻脂，油脂含量达到50％以上，但微藻培养存在生物量小(10-20g/L)、培养周期长等不足，而微生物具有代谢旺盛、培养周期短、易于实现大规模生产等优点。通过优化发酵工艺，微生物的油脂产量可达菌体干重的50-70％(施安辉等，2003；Papanikolaou S et al.，2004)。微生物油脂在脂肪酸组成上同植物油相似，是生产生物柴油的潜在原料。利用微生物培养生产油脂，是可持续发展的必然，也必将成为生物柴油合成的新方向(赵宗保，2005；黄英明等，2006；Eric J.Steen et al.，2010)。

目前国内生物柴油主要原料来自地沟油，主要组分是长链脂肪酸(C16:0-C18:0)，低温性能较差，不适合我国北方地区的冬季使用。添加部分中链脂肪酸乙酯可以有效改善生物柴油的低温性能，扩大其使用范围。另外，中链脂肪酸(C8:0-C14:0)亦用于化妆品、润滑油基础油等，应用范围广，市场前景大。但目前中链脂肪酸多为从植物种子提取，来源有限，而且价格较高。

微生物油脂多为胞内产物，必须从组织、细胞中分离后，才能用于油脂原料及生物柴油生产，而且长链脂肪酸居多，这一过程关系油脂成分及生物柴油的质量与成本。随着现代分子生物学尤其合成生物学的发展，通过基因工程的手段，调控脂肪酸合成的相关酶的表达，增加特异性链长脂肪酸的产量，进而合成脂肪酸乙酯，是微生物合成特定油脂及生物柴油的前沿技术。该方法既可以解决生物柴油的原料问题，又可以解决生产工艺步骤多、酶易失活等问题。与其它菌株相比，大肠杆菌具有遗传背景清楚、易于改造、生长速度快、适合高密度发酵等优点，是微生物法合成化学品和燃料的理想菌株。利用大肠杆菌生产高附加值脂肪酸和生物柴油是不争地、不靠天、可持续生产的新途径。

与公知技术相比，本发明具有以下优点：

(1)微生物油脂及生物柴油发酵生产周期短，不受场地、季节等因素的影响，不占用耕地资源，容易实现工业化生产。

(2)脂肪酸及脂肪酸乙酯以游离方式分泌到细胞外，便于分离。

(3)发酵液得到了高浓度的中链游离脂肪酸，克服了生物柴油生产中原料油脂的高成本、胞内油脂不易分离的问题。

(4)直接发酵得到高浓度的脂肪酸乙酯，克服了生物柴油生产工艺复杂、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用重组大肠杆菌(Escherichia coli)直接合成脂肪酸及其乙酯的可再生能源工艺路线，使微生物可以作为细胞工厂直接发酵生产脂肪酸及其乙酯。