[发明专利]高产γ-PGA菌株及应用其生产γ-PGA的方法

说明书

本发明属于微生物发酵工程领域。目的是提供一种高产γ‑聚谷氨酸的芽孢杆菌(Bacillus sp.)JX‑12，以及提供高产γ‑聚谷氨酸的菌株在生产γ‑聚谷氨酸中的应用。菌株JX‑12在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(CGMCC)的保藏号为CGMCCNO.13716。本发明采用的技术方案是：以木质纤维素为主要原料的生产γ‑聚谷氨酸，其步骤包括种子培养、固定化细胞制备、木质纤维素材料预处理和同步糖化、过滤与发酵。本发明生产成本低、工艺简单，生产效率高，能够连续批次发酵。对以木质纤维素为碳源生产γ‑聚谷氨酸的工业放大具有重要意义。

技术领域

本发明属于微生物发酵工程领域，具体涉及一种γ-聚谷氨酸产生菌和一种使用同步糖化、过滤与发酵工艺。

背景技术

γ-聚谷氨酸(英文名称γ-polyglutamic acid，简称γ-PGA)是由L-谷氨酸或D-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基间的酰胺键结合而成，具有吸水性、水溶性、带负电荷、无毒、可生物降解、可食用等性质，是一种优良的环保型高分子材料，因此γ-聚谷氨酸及其衍生物已被广泛应用于药物载体、水处理絮凝剂、农业保水保肥剂、食品化妆品添加剂等多个领域。传统工艺中，γ-聚谷氨酸主要是通过微生物发酵方法制备，葡萄糖、甘油和柠檬酸是发酵生产γ-聚谷氨酸的主要碳源，但是这些碳源营养物质均来源于人类食物，如粮食、土豆、甘蔗等，这样不仅导致γ-聚谷氨酸的成本较高，而且大规模的生产还会加剧人类食物的短缺。因此，伴随着γ-聚谷氨酸需求量快速增长，寻求可替代的经济型碳源材料进行γ-聚谷氨酸的生产具有重要意义。

木质纤维素是自然界最为丰富的碳水化合物资源，目前其已成功应用于生产多种生物能源和高附加值化学产品，如生物乙醇、乳酸、丁二醇、谷氨酸等。近年来，以木质纤维素为原材料发酵生产γ-聚谷氨酸的研究已被陆续报道。如英文杂志《Journal ofChemical Technology and Biotechnology》(2013，89(4):616–622)公开了一篇名称为“Anovel approach for poly-γ-glutamic acid production using xylose and corncobfibres hydrolysate in Bacillus subtillis HB-1”的期刊论文，该论文指出以玉米芯水解液为主要碳源，使用枯草芽孢杆菌HB-1进行γ-聚谷氨酸发酵；英文杂志《BioresourceTechnology》(2015，193(2015):370–376)公开了一篇名称为“Highly efficient ricestraw utilization for poly-(c-glutamic acid)production by Bacillus subtilisNX-2”的期刊论文，该论文公开的技术是通过两步水解法将稻草水解，水解液经浓缩脱毒后使用枯草芽孢杆菌NX-2进行γ-聚谷氨酸发酵。但是，这些现有技术均是通过分段水解与发酵相结合的方式进行γ-聚谷氨酸的生产制备，不仅工艺复杂，而且能耗大，另外，这些现有技术均是批次发酵，即每一次发酵都需要重新培养一级甚至多级种子，亦即上一次发酵的细菌不会再循环利用，这样发酵方式不仅生产周期长，而且发酵过程中原料和设备的投入也会相应地增加。由此可见，目前以木质纤维素为主要原料发酵生产γ-聚谷氨酸的方法还不适合γ-聚谷氨酸的大规模工业化生产。

Ishola等人于2013年提出将同步糖化、过滤与发酵法(简称SSFF) 应用于发酵生产乙醇的工艺中，整个工艺在两个反应器中进行，即将预处理的木质纤维素材料在水解反应器中进行酶水解，经过膜过滤，含糖的滤出液持续泵入发酵罐中进行微生物发酵。与传统的分步糖化发酵法 (简称SHF)相比，SSFF法不仅工艺简单，产物的生产效率高，而且采用SSFF法时细胞与固态的纤维素材料处于分离状态，发酵菌体容易回收，从而可以实现连续批次发酵生产。