[发明专利]一种中链脂肪酸碳链延长功能微生物及其富集方法和应用

说明书

本发明涉及一种中链脂肪酸碳链延长功能微生物及其富集方法和应用。本发明以加热预处理后的产酸颗粒污泥为接种菌源，通过在第一阶段高浓度的底物浓度(乙醇、乙酸)进行碳链延长微生物的定向驯化，获得产中链脂肪酸的碳链延长功能微生物种源，继续在第二阶段通过接种白酒废水优化底物浓度和培养初始pH参数，最终获得了一组能够有效氧化乙醇进行碳链延长，生产丁酸、己酸的微生物菌群。该方法可原位富集产酸颗粒污泥中的碳链延长微生物，并实现低值化学品的高度增值，集污染治理和资源利用于一体的应用技术，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种中链脂肪酸碳链延长功能微生物及其富集方法和其应用。

背景技术

碳链延长功能微生物是一类利用电子供体氧化和反向β氧化循环过程，每次循环增加两个碳原子，实现短链挥发性脂肪酸碳链延长，合成中链脂肪酸的厌氧微生物的总称。碳链延长功能微生物能够在常温常压下将多种碳源(例如乙醇、乳酸和合成气等)作为电子供体氧化，为其自身提供生长所需的能量，同时将短链的电子受体如挥发性脂肪酸(例如乙酸、丙酸、丁酸等)转化成中链脂肪酸(如己酸、庚酸、辛酸等)，实现低值化学品的高度增值。其中，常见的电子供体和电子受体为乙醇和乙酸。

随着对碳链延长功能微生物生理生化特征的不断深入研究，人们发现该类功能微生物在环境保护和化工能源等领域都有着重要的应用价值。目前，市售的中链脂肪酸主要来源于椰子等经济植物的提取，也可以通过酶、催化剂催化法化学合成，但工艺复杂，且生产成本较高，工业级己酸价格约17000元/吨，辛酸价格约20000元/吨。基于碳链延长功能微生物的碳链延长技术为中链脂肪酸的生产提供了一个有效的选择，要实现碳链延长，需要提供电子供体和电子受体。一方面，乙醇可以被氧化成乙酰辅酶A作为合成中链脂肪酸的碳源，另一方面氧化过程中释放的能量可以提供碳链延长启动所需的还原当量，这是实现链延长的先决条件。乙酸作为碳骨架接受乙醇氧化产生的电子，和生成的乙酰辅酶A，在碳链延长功能微生物的反向β氧化作用下，每个循环增加两个碳原子，实现碳链的延伸。

目前，绝大多数利用碳链延长微生物实现中链脂肪酸的合成仍处于实验室研究阶段。主要原因如下：首先，碳链延长反应适合开放式培养，需要多种厌氧功能微生物的参与，包括克氏梭菌属(Clostridium)、真杆菌(Eubacteriaceae)、假单胞菌属(Pseudomonas)等，一般多见于白酒、黄酒和醋等发酵工业产生的窖泥或动物的瘤胃中，导致该类功能微生物群落的来源易受到限制，其富集底物的类型具有高度选择性。其次，碳链延长反应易受到功能微生物活性和环境因素的影响，如易受pH和底物浓度的影响，过高或低于最适反应pH(5.2～6.0)，碳链延长反应几乎停止；再如乙醇浓度过高(＞20g/L)，功能微生物的生长受到强烈抑制，但低于2g/L时，碳链延长所需的还原力不足。最后，以乙醇和乙酸生产中链酸的碳转化率低是限制其工程化应用的另一障碍。

发明内容

基于上述技术问题，本发明以产酸颗粒污泥为碳链延长功能微生物的环境来源，通过接种白酒废水优化底物浓度和pH条件，成功实现了从污泥中驯化、富集碳链延长功能微生物，并达到中链脂肪酸高效生产的目的。因此，本发明对我国化工、食品和能源等多行业摆脱现有的复杂、高价的化学和酶法等工艺合成中链脂肪酸的困境，具有重要的经济价值和研究意义。

作为本发明的一个方面，提供一种中链脂肪酸碳链延长功能微生物的富集方法，具体包括以下步骤：

(1)预处理产酸颗粒污泥：采集新鲜的产酸颗粒污泥，冷藏保存于4℃冰箱中，摇晃均匀后置于烧杯中进行水浴加热处理，以完全抑制产甲烷菌活性，得到预处理颗粒污泥；

(2)制备颗粒污泥悬液：将步骤(1)制得的颗粒污泥重悬接种到含乙醇和乙酸的德国微生物菌种保藏中心NO.15630标准液体培养基中，得到颗粒污泥悬液；