[发明专利]木糖醇高温高产工程菌株的构建及应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体地，涉及通过工程菌改造来提高高温下利用木糖发酵生产木糖醇的领域。本发明构建了能够在较高温度下利用木糖发酵生产木糖醇且木糖醇生产速率大幅度提高的耐热工程酵母菌株。

背景技术

木糖醇是一种五碳多元醇，是木糖代谢的正常中间产物(Vandeska et al.，1996)。它被人体利用时不需要胰岛素的促进作用，在体内可促进胰岛素的少量分泌；用于静脉滴注时，血液中的丙酮酸、乳酸以及葡萄糖的含量会有所下降，肝糖元则有增加；无细胞毒性，可透过细胞膜成为组织的营养等。这些特性使得木糖醇具有重要的应用价值。另外，木糖醇作为甜味剂，口感清凉，而且可以预防龋齿；作为食品添加剂，可延长食品的保鲜期；木糖醇是糖尿病患者的理想的辅助治疗剂和营养甜味剂(Ahmad et al.，2011；Ghindea et al.，2010；Jeon et al.，2011；Ko et al.，2011；Kumar et al.，2009；Sasaki et al.，2010)。目前木糖醇的工业生产主要是化学加氢法，但该法工艺复杂、收率低、生产成本高，限制了木糖醇的大规模生产，并且对于食用来说不安全(Cheng et al.，2010)。通过微生物发酵法生产木糖醇则可以克服上述不足，因而受到重视。

木糖是半纤维素生物质水解的主要产物，是世界上第二富集的发酵原料(Zhang et al.，2011)。作为木质半纤维素水解产物中含量最多的五碳糖，木糖无疑是从可再生生物质中生产高附加值产品的关键(Sasaki et al.，2010)。

甘油是普遍的微生物代谢和石油化工的副产物(Chatzifragkou et al.，2011)。因此，甘油的生产过剩和处理在未来将变成很严重的环境问题(Andre et al.，2010)。另外，纯净的甘油具有很多用处，但是工业上从含有甘油的工业废水中纯化甘油成本很高(Chatzifragkou et al.，2011)。因此，利用未经纯化的甘油生产高附加值的产品将是一种环境友好型和经济型的策略(Chatzifragkou et al.，2011)。

采用耐热酵母K.marxianus(马克思克鲁维酵母)在高温下发酵有以下几个优点：1.高温下发酵可以降低发酵中的冷却费用；2.纤维素酶等的最适催化温度较高，高温会提高以淀粉、纤维素等生物质为原料的同步糖化发酵(SSF)效率，促进糖化，减少在酶上的费用(Fonseca et al.，2008)Zhang et al.，2013)；3.能在耐热范围内生存的微生物较少，因此，高温会降低污染的风险。(Kumar et al.，2009；Zhang et al.，2013)。除此之外，K.marxianus是一种GRAS(general regarding as safe)酵母，广泛的在乳制品、葡萄酒发酵制造中存在，对环境、动物及人类是安全的微生物。它能够在较高的温度下生长，最高达52℃，具有很高的生长速率(0.86-0.99h-1，40℃)(Banat and Marchant，1995)。K.marxianus有很高的代谢多样性，能利用多种工业上的底物糖类生长发酵。能利用多种廉价底物、耐热、高生长率等特点，使其被认为是替代酿酒酵母用来进行工业发酵和外源蛋白表达的候选者。由于K.marxianus有很多比酿酒酵母优秀的品质，K.marxianus被越来越多的用于生物能源的生产(Fonseca et al.，2008)。所以利用K.marxianus发展成木糖醇生产菌株有非常重要的应用价值。