CN111139211B - 一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用 - Google Patents

一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用，属于生物技术和微生物技术领域。具体步骤为首先在包含抑制物木质纤维素水解液中培养氧化葡糖杆菌，而后转入无抑制物水解液中继续培养，依此交替转接直至菌株发酵性能达到稳定。驯化得到新菌株具有显著提高的非葡萄糖碳源利用效率，该菌株命名为氧化葡糖杆菌RM7,其保藏编号为CGMCC No.14801。本发明简单高效，对于在包含抑制物木质纤维素体系的菌种选育具有重要借鉴意义。

Description

一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法 及其应用
技术领域
本发明涉及生物技术和微生物技术领域，一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用。
背景技术
木质纤维素原料有纤维素，半纤维素和木质素构成。其中纤维素可通过纤维素酶水解为葡萄糖，半纤维素可通过酸预处理或者半纤维素酶作用下降解为木糖，甘露糖和半乳糖等。而半纤维素来源糖类占据总糖的40%左右。通常的菌株只能利用葡萄糖因而造成大量其他可发酵糖类的损失，这些未被利用糖类也增加了过程废水中COD的含量，导致了更加严峻的污水处理负荷。
氧化葡糖杆菌具有独特的氧化还原能力可以把各种糖类转化为相应的糖酸。其膜结合的脱氢酶不仅可以转化葡萄糖到葡萄糖酸，也可转化木糖到木糖酸，阿拉伯糖到阿拉伯糖酸等。而这些糖酸均具有良好的水泥缓凝效果，因此混合糖酸发酵产品可作为水泥缓凝剂使用。但由于葡萄糖效应的影响，氧化葡糖杆菌对非葡萄糖碳源的利用效率较低，这极大影响了总的糖酸生产效率。
本发明采用交替转接适应性进化的方法，经过长期适应性进化显著提高了氧化葡糖杆菌对于非葡萄糖类碳源的利用。这不仅提高了整体发酵转化效率，也降低了废水处理压力，为工业化经济性利用木质纤维素原料提供了必要的基础。
发明内容
本发明的目的在于获得一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌菌株。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用，其具体步骤为：
（1）在无菌条件下将氧化葡糖杆菌母本菌株接种到脱毒玉米秸秆水解液中，于30oC和220 rpm条件下培养24 h，其发酵pH由事前添加于水解液中一定量的CaCO3维持；
（2）而后以10%接种量接入未脱毒玉米秸秆水解液中在相同条件下培养24h，之后交替在脱毒和未脱毒水解液中进行转接，直到菌株发酵性能获得明显提高并保持稳定。
本发明人利用脱毒和未脱毒水解液进行交替转接传代的方式实现了氧化葡糖杆菌对非葡萄糖类碳源的高效利用，这种对来源于木质纤维素体系全部糖源的高效完全利用提高了木质纤维素原料的转化效率，同时也有效降低废水中COD的含量，降低废水处理压力。
附图说明
图 1 适应性进化过程曲线；
图 2 驯化菌株和原始菌株在合成培养基中对单一碳源利用的比较；
图 3 驯化菌株和原始菌株在木质纤维素水解液中对葡萄糖和木糖的利用；
图 4 驯化菌株和原始菌株在木质纤维素水解液中对甘露糖，阿拉伯糖和半乳糖的利用。
具体实施方式
以下提供本发明一株高效利用非葡萄糖碳源的氧化葡糖杆菌适应性进化方法及其应用的具体实施方式。
实施例 1 菌株筛选
在无菌条件下将氧化葡糖杆菌母本菌株接种到脱毒玉米秸秆水解液中，于30 oC和220 rpm条件下培养24 h，其发酵pH由事前添加于水解液中一定量的CaCO3维持；而后以10%接种量接入未脱毒玉米秸秆水解液中在相同条件下培养24h，之后交替在脱毒和未脱毒水解液中进行转接，直到菌株发酵性能获得明显提高并保持稳定。获得菌株已命名为氧化葡糖杆菌RM7,已于2017年10月11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[0018] （CGMCC）,保藏编号为CGMCC No. 14801。
实施例 2 菌株对单一碳源的利用
适应性进化得到新菌株对单一碳源的利用在合成培养基中进行考察。初始糖浓度为40 g/L, 营养盐组分为10.0 g/L 酵母提取物, 1.5 g/L KH2PO4, 1.5 g/L (NH4)2SO4和 0.5 g/L MgSO4 7H2O。培养条件是50 mL体系在200 rpm和30 oC培养72 h。分析结果表明适应性进化菌株相对于原始菌株其单一碳源利用效率均获得了提升。
实施例 3 菌株对水解液来源全糖利用
驯化菌株也在水解液中进行了发酵测试。发酵在5L反应器中进行，发酵条件为30%固含量，4 mg酶蛋白/g干物料，500 rpm, 35 oC，通气速率 1vvm和pH 4.8。采用充分糖化水解醪液无固液分离条件下直接进行糖酸发酵。分析结果表明类似与单一碳源合成培养基发酵，其在水解液中对所有非葡萄糖类碳源的利用均得到了显著提升，尤其是甘露糖，此单糖在水解液中很难利用，原始菌株需要通过高密度培养才能实现甘露糖的完全转化，而适应性进化菌株在72h发酵时间内即可转化大部分的甘露糖。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种氧化葡糖杆菌（Gluconobacter oxydans），其特征在于，其保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.14801。
2.如权利要求1所述的氧化葡糖杆菌在高效利用非葡萄糖碳源中的应用。
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