CN103184164A - 一株可同时生产d-阿拉伯糖醇和木糖醇的酵母菌及其应用 - Google Patents
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Abstract
木糖醇和D-阿拉伯糖醇是重要的功能性糖醇，在工业生产和生活中有重要的应用价值。目前，阿拉伯糖醇和木糖醇的主要生产方法是将糖类在高温高压下催化加氢得到目标产品，生产工艺存在能耗较高、污染严重等缺点。本发明分离到一株可同时生产D-阿拉伯糖醇和木糖醇的异常毕赤酵母(Pichia anomala)的TIB-X229 CGMCC No5482和利用该菌转化含葡萄糖和或木糖底物生产D-阿拉伯糖醇和或木糖醇的方法。利用该酵母菌生产糖醇的方法工艺简单，产物提取方便，成本低，具有重要的应用价值，特别是在转化廉价生物质原料生产糖醇工艺中更有实际意义。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及到一株可同时生产D-阿拉伯糖醇和木糖醇的酵母菌，异常毕赤酵母(Pichia anomala)TIB-X229CGMCC No5482和利用该菌生物转化生产D-阿拉伯糖醇和或木糖醇的方法。
背景技术
糖醇是天然糖类物质的氢化衍生物，由于突出的安全性和丰富的功能性使得其在食品和其他行业应用在近年来得到了迅速的发展，其重要性也被业界所重视，成为糖类产品链延伸的重要方向。随着大批具有独特功能的新型糖醇被不断地开发出来，糖醇的制备技术、功能及应用开发研究成为世界各国研究的一个热点。与国外先进的生产技术相比，我国的糖醇行业面临品种短缺、具有自主知识产权的关键生产技术研发和成果严重不足的问题，制约了产业的可持续发展。
D-阿拉伯糖醇(D-arabitol)是一种天然五碳多元醇，味甜，可用作低热量甜味剂，是重要的功能性食品添加剂。D-阿拉伯糖醇的应用较广泛。在食品领域，除用作新型高档食品甜味剂外，D-阿拉伯糖醇用做食品添加剂还可改善酒精饮料的品质、并可用做调制糖浆的基质等。在医药领域，是合成一些神经药物的中间体，是重要的医药中间体，广泛用于阿拉伯糖胞苷(cytosine arabinoside)、D-核糖、L-核糖、去氧核糖、L-阿拉伯糖等的合成原料、中间体。D-阿拉伯糖醇可以促进植物的生长、可作为运输介质以通过血-脑屏障。如D-阿拉伯糖醇的衍生物1，4-二脱氧-1，4-亚胺基-D-阿拉伯糖醇是β-葡萄糖苷酶的抑制剂，可防治艾滋病。另外，在化工方面，D-阿拉伯糖醇还是高分子发泡材料合成过程的激活剂，D-阿拉伯糖醇用做显影材料的稳定剂可以使其在高温环境长期保存，还可增强铝电容器在高温下的可靠性以及提高电解质溶液的浓度。D-阿拉伯糖醇还可以用于亲水涂层或颗粒性固体的溶解。
木糖醇(Xylitol)也是一种功能性多元醇，白色晶体，味凉。其甜度相当于蔗糖，热量相当于葡萄糖，是一种营养性甜味剂，是国际公认的食糖替代品。木糖醇在防龋齿、平衡血糖方面，显示了特别的优越性，是忌糖病人的食糖替代品，是所有食用糖醇中生理活性最好的品种。
此外，阿拉伯糖醇和木糖醇也广泛应用于高分子材料的前体，在化工中有重要应用价值，因此是重要的高附加值化学品，开发前景广阔。
目前，上述两种功能性糖醇的生产工艺主要为化学法。通过糖的催化加氢工艺生产可制备大量高纯度糖醇，但该工艺过程复杂，能耗高，污染严重，限制的功能性糖醇的大量应用。而通过生物发酵法生产阿拉伯糖醇，转化率可达到30％-40％(宋伟等：微生物学报，2011；Koganti et al：Appl Microbiol Biotechnol，2011；Toyoda and Ohtaguchi：J Ind Microbiol Biotechnol，2011；Monedero et al：ApplMicrobiol Biotechnol，2010)，但仍存在发酵时间长，无菌要求高，后期分离复杂等缺点，这也限制了生物糖醇的发展。目前有研究者利用酵母菌对葡萄糖进行转化生产D-阿拉伯糖醇，转化效率可达到50％-60％(江宁等，发明专利，CN1286306A)，并且克服了化学法和发酵法的诸多缺点，对糖醇工业发展有重要意义。但目前的生物转化法往往只能对单一的葡萄糖或木糖进行转化，这就限制了对生物质类资源的充分利用。因此，进一步研究利用生物转化戊糖和己糖的混合糖生产制备功能性产物越来越具有重要意义。
发明内容
我们筛选得到一株异常毕赤酵母(Pichia anomala)，自2011年11月22日保存于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC)，保藏中心登记编号为(CGMCC No.5482)。将上述酵母菌接种于培养基(2％木糖/葡萄糖，1％蛋白胨，0.5％酵母提取物)中，培养温度范围为25-37℃，培养时间可在12-48小时的范围内，离心收集细胞，洗涤后将细胞重悬于葡萄糖和或木糖溶液中，糖浓度范围为5％-45％，在30℃，125-250rpm条件下转化。
结果显示：以葡萄糖为底物，30℃转化54小时，葡萄糖全部转化为阿拉伯糖醇，摩尔转化率为30％-60％。以木糖为底物，转化96小时，木糖全部转化为木糖醇，摩尔转化率达到80％-90％。以混合糖为底物，转化120小时，摩尔转化率为40％-70％。
利用该酵母菌进行转化葡萄糖或木糖生产D-阿拉伯糖醇或木糖醇有如下优点：
1)生产效率高，具有多次反复使用的能力。
2)环境污染低。由于原料预处理过程不可避免地会产生一定环境污染，因此提高了原料利用率的同时也减轻了环境污染。此外，生物转化过程也比化学催化过程对环境友好。
3)生产设备简单。化学法需制氢，加氢在高温高压下进行，设备要求高。发酵法主要设备是发酵罐，也较复杂。生物转化法只用极少发酵罐，主要设备是简单的反应槽。
4)操作简单、安全。转化过程在常温、常压下进行，并且无需无菌操作。与化学法或发酵法比较，操作是最简单、最安全的。
5)产品质量好。生物法避免了与金属粉末催化剂的接触，产品更适于作为食品。生物转化系统又没有发酵系统的培养基组分，因此产品质量更可靠。
具体实施
为了便于更好的理解本发明，以下为列举的实施例。
实施例1以木糖为碳源培养细胞后分别转化木糖和葡萄糖
将异常毕赤酵母TIB-X229CGMCC No5482接种于液体培养基(D-木糖2％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，pH5.0，20ml培养液/250ml摇瓶)中，在温度为30℃，220rpm摇床上培养24小时后，离心收集菌体，蒸馏水洗涤两次。
用适量蒸馏水悬浮菌体，转入250ml三角瓶中，取适量木糖或葡萄糖母液加入上述三角瓶，至最终糖浓度为10％，于30℃/250rpm条件下转化，100小时后反应终止，用HPLC测定残糖和糖醇浓度，计算该反应的摩尔转化率。结果显示：以木糖或葡萄糖为底物的摩尔转化率分别为85％和40％。
实施例2以葡萄糖为碳源培养酵母细胞后分别转化木糖或葡萄糖
将异常毕赤酵母TIB-X229CGMCC No5482接种于液体培养基(葡萄糖2％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，pH5.0，20ml培养液/250ml摇瓶)中，在温度为30℃，220rpm摇床上培养12小时后，离心收集菌体，蒸馏水洗涤两次。
用适量蒸馏水悬浮菌体，转入250ml三角瓶中，取适量木糖或葡萄糖母液加入上述三角瓶，至最终糖浓度为10％，封口膜封口，于30℃/250rpm条件下转化，100小时后反应终止，用HPLC测定残糖和糖醇浓度，计算该反应的摩尔转化率。结果显示：以木糖或葡萄糖为底物的摩尔转化率分别为85％和30％。
实施例3以葡萄糖为碳源培养酵母细胞后转化木糖和葡萄糖
将异常毕赤酵母TIB-X229CGMCC No5482接种于液体培养基(葡萄糖2％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，pH5.0，20ml培养液/250ml摇瓶)中，在温度为30℃，220rpm摇床上培养12小时后，离心收集菌体，蒸馏水洗涤两次。
用适量蒸馏水悬浮菌体，转入250ml三角瓶中，分别取适量木糖和葡萄糖母液加入上述三角瓶，至最终糖浓度各为10％，封口膜封口，于30℃/250rpm条件下转化，100小时后反应终止，用HPLC测定残糖和糖醇浓度，计算该反应的摩尔转化率。结果显示：以木糖和葡萄糖为底物的总摩尔转化率为40％。
实施例4以分批补料方法转化木糖/葡萄糖底物
将的异常毕赤酵母TIB-X229CGMCC No5482接种于液体培养基(葡萄糖2％，蛋白胨1％，酵母膏0.5％，pH5.0，20ml培养液/250ml摇瓶)中，在温度为30℃，220rpm摇床上培养12小时后，离心收集菌体，蒸馏水洗涤两次。
用适量蒸馏水悬浮菌体，转入250ml三角瓶中，取适量木糖或葡萄糖母液加入上述三角瓶，至最终糖浓度为10％，封口膜封口，于30℃/250rpm条件下转化，36小时后补加5％葡萄糖或木糖，以后每24小时补加5％底物糖，至糖底物总浓度为30％，120小时反应终止，用HPLC测定残糖和糖醇浓度，计算该反应的摩尔转化率。结果显示：以木糖或葡萄糖为底物的摩尔转化率分别为90％和40％。
Claims (11)
1.一株可同时生产D-阿拉伯糖醇和木糖醇的异常毕赤酵母(Pichia anomala)的异常毕赤酵母TIB-X229CGMCC No5482和利用该菌转化含葡萄糖和或木糖底物生产D-阿拉伯糖醇和木糖醇的方法：其特征在于能够利用单一的酵母菌株同时转化葡萄糖和木糖分别生产D-阿拉伯糖醇和木糖醇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是酵母菌的培养与底物转化分别进行，底物可用葡萄糖，木糖，纤维素水解液和半纤维素水解液等。
3.根据权利要求2所述的酵母细胞的培养，其特征是培养基的组成成分为：木糖和或葡萄糖、蛋白胨、酵母提取物，pH5.0。
4.根据权利要求2所述的酵母细胞的培养，其特征在于培养温度范围在25-37℃之间，以30℃为最佳。
5.根据权利要求2所述的酵母细胞的培养，其特征在于培养时间可以在12-48小时之间，以24小时为最佳。
6.根据权利要求2所述的酵母细胞的转化，其特征是底物糖浓度可以在5％-45％范围内，以10％-20％为最佳。
7.根据权利要求2所述的酵母细胞的转化，其特征在于转化温度范围为25-40℃之间，以30℃为最佳。
8.根据权利要求2所述的酵母细胞的转化，其特征在于转化时间为12-360小时，以60-120小时为最佳。
9.根据权利要求2所述的酵母细胞的转化，其特征在于转化转速为125-300rpm，以200-250rpm为最佳。
10.根据权利要求2所述的酵母细胞的转化，其特征在于转化底物的装瓶量为4％-48％，以8％-16％为最佳。
11.根据权利要求2所述的酵母细胞的转化，其特征在于转化底物的加入方式可以为一次加入或分批补料。
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