[发明专利]一种嗜热厌氧杆菌及其在生产乳酸中的应用

说明书

本发明公开了一种嗜热厌氧杆菌及其在生产乳酸中的应用，该菌株为Thermoanaerobacterium aotearoenseP9G4#16，已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为CGMCC NO.10833，保藏日期为2015年5月21日。菌株P9G4#16能在高浓度糖底物下生长和发酵，且乳酸产量也得到了提高。本发明菌株具有遗传稳定性好，产量性状稳定，且发酵迟滞期大大缩短，节省了工艺过程中的耗能，大大提高其工业化价值。

技术领域

本发明涉及一种嗜热厌氧杆菌及其在生产乳酸中的应用。本发明涉及以葡萄糖、木糖或果糖为主要原料，利用嗜热厌氧杆菌(ThermoanaerobacteriumaotearoenseSCUT27/Δpta-ack)突变株发酵生产乳酸的方法。

背景技术

乳酸是世界公认的三大有机酸之一，广泛应用于食品、制药、皮革、化妆品、化工等领域。乳酸总量的85％应用于食品以及食品相关的领域，余下的15％用于非食品工业。目前世界90％的乳酸由细菌发酵产生，使用廉价生物质原料发酵生产乳酸这一重要的工业原料具有非常广阔的前景。

在生物质资源中，除了来源于淀粉质原料的葡萄糖在发酵工业中得到广泛应用，其它的可再生碳水化合物资源尚未得到有效利用，其原因之一就是微生物对木糖利用能力较差。利用廉价、储量丰富的木质纤维资源发酵生产包括乳酸在内的各种化学品和替代能源具有十分广阔的应用前景，有望降低目前生物法合成化学品的成本，从而提升其相对于化学合成工艺的竞争力。

以纤维质类物质为原料发酵生产乳酸的主要障碍在于成本过高。采用嗜热厌氧菌(Thermoanaerobacterium)发酵能够较好的解决该困难。根据Sommer P.等人的研究表明(Sommer P.et al.,Biochemical Society Transactions,2004,32(Pt 2):283-289)，以该菌株生产化学品具有诸多优势：(1)高温连续发酵生产下产率高，且抑制了杂菌的感染，可以生料发酵生产乳酸。工业生产中对纯种发酵的无菌要求较高，大幅增加了经济成本。但采用嗜热菌发酵生产时，其高温生长环境抑制了大部分微生物的生长，因此可以生料发酵，降低了生产成本。(2)能降解纤维素半纤维素生物质，水解成葡萄糖和木糖并利用，生成化学品和/或生物燃料，降低了纤维素酶的添加量；(3)主要代谢产品少而简单，碳源具有高摩尔回收率；(4)能够利用农作物和食品废弃物的水解液直接发酵，减轻了环境压力并降低了生产成本。

发明人前期研究中筛选到一株嗜热厌氧杆菌(Li,S.,et al.,BioresourceTechnology,2010,101(22)：8718-8724)，该菌株能够有效利用葡萄糖、木糖等底物发酵积累乙醇、乳酸、氢气等。通过对其进行基因改造，敲除磷酸转乙酰酶基因和乙酸激酶基因，代谢途径改造后，在发酵罐内50g/L葡萄糖底物发酵下，突变株乳酸产量提高1.21倍，达到47.17g/L，几乎不生产乙酸，同时乙醇产量明显下降(Yang et al.Biotechnology forBiofuels 2013,6:124，李爽；王菊芳；杨晓锋；王小宁；于平儒一种可利用木糖发酵生产光学纯L-乳酸的工程菌及其构建.201110453684.7)。但该菌株在高浓度糖底物情况下，受到高糖渗透应激的影响，导致细菌几乎不能生长，发酵周期过久，不适宜应用到工业生产中。而高浓度糖底物耐受会为实现纤维素类生物质同步糖化发酵生产乳酸奠定基础。

从工业化角度来看，如果能够筛选到一株能耐受高浓度糖底物，且性状稳定的嗜热厌氧杆菌菌株，即可应用于高浓度糖底物发酵，缩短发酵迟滞期，降低能耗，这样才能促进其在工业化生产中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嗜热厌氧杆菌及其在生产乳酸中的应用。

本发明中，用于筛选的出发菌株为实验室筛选、突变并保存的嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium aotearoenseSCUT27/Δpta-ack)P9G0(卡那霉素抗性)。