[发明专利]一株耐受多种纤维素水解液抑制物的丙酮丁醇梭菌及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一株耐受多种纤维素水解液抑制物的丙酮丁醇梭菌及其制备方法和应用，属于生物技术领域。该菌株为丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)824(proABC)，于2018年08月06日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCC NO.16223。该菌株对多种纤维素水解液抑制物(甲酸、阿魏酸、丁香醛和香豆酸)有较强的耐受性，能直接利用未脱毒的大豆秸秆、水稻秸秆和玉米秸秆等纤维素生物质水解液进行丙酮‑丁醇‑乙醇(ABE)发酵，其丁醇产量分别是野生菌的2倍、3.4倍和4.4倍。本发明为高效利用纤维素生物质进行丁醇生产提供了有效的菌株及方法。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一株耐受多种纤维素水解液抑制物的丙酮丁醇梭菌及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着化石能源的日益枯竭以及环境问题的日益恶化，开发新的环境友好型可再生能源成为目前各国学者的研究热点。而利用具有可再生、分布广、储量大以及价格低廉等特点的纤维素生物质为原料生产生物丁醇具有广阔的前景。

丁醇生产的传统菌株-丙酮丁醇梭菌，具有广泛的底物利用能力，能直接利用淀粉、葡萄糖、木糖、果糖和阿拉伯糖等进行ABE发酵(Jones DT,Woods DR(1986)Acetone-butanol fermentation revisited.Microbiol Rev 50(4):484-524)。在纤维素生物质水解液中，葡萄糖、木糖是其主要成分(Suo Y,Fu H,Ren M,Yang X,Liao Z,Wang J(2018)Butyric acid production from lignocellulosic biomass hydrolysates byengineered Clostridium tyrobutyricum overexpressing Class I heat shockprotein GroESL.Bioresour Technol 250:691-698)。因此，利用纤维素生物质进行ABE发酵将很大程度减少原料成本的投入。然而在纤维素生物质预处理过程中(通常使用稀酸或稀碱在高温高压条件下进行)，产生多种对微生物细胞有毒性作用的副产物，如呋喃类、弱酸类和酚类等(LJ,Alriksson B,Nilvebrant N-O(2013)Bioconversion oflignocellulose:inhibitors and detoxification.Biotechnol Biofuels 6(1):16)。其中甲酸和阿魏酸、丁香醛以及香豆酸是弱酸和酚类的典型代表，这些抑制物对丙酮丁醇梭菌的生长，糖耗速率以及丁醇生产具有明显抑制作用(Wang S,Zhang Y,Dong H,Mao S,ZhuY,Wang R,Luan G,Li Y(2011)Formic Acid Triggers the“Acid Crash”of Acetone-Butanol-Ethanol Fermentation by Clostridium acetobutylicum.Appl EnvironMicrobiol77(5):1674-1680；Ezeji T,Blaschek HP(2008)Fermentation of drieddistillers’grains and solubles(DDGS)hydrolysates to solvents and value-addedproducts by solventogenic clostridia.Bioresour Technol 99(12):5232-5242)。天然的丙酮丁醇梭菌对纤维素水解液抑制物的耐受性较低，导致在以未脱毒的纤维素水解液为底物进行发酵生产丁醇时菌体生长受到严重抑制，糖耗速率慢，丁醇产量低，从而影响了发酵效率，严重阻碍了纤维素丁醇的工业化生产。传统的脱毒处理能有效去除大部分抑制物，但导致发酵工艺复杂化，增加了操作成本，不利于提高纤维素丁醇的市场竞争力。因此，提高丙酮丁醇梭菌菌株对纤维素水解液抑制物的耐受性是提高纤维素丁醇发酵效率的关键措施，对降低发酵成本，提高纤维素丁醇的市场竞争力具有重要意义。

发明内容