一種耐高濃度乙酸和高濃度呋喃甲醛的運動發酵單胞菌及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微生物技術領域，具體地，涉及一種耐高濃度乙酸和高濃度呋喃甲醛 的運動發酵單胞菌和它的應用。
【背景技術】
[0002] 利用我國豐富的秸桿資源為原料生產燃料乙醇及其他生物基產品，對促進我國農 業可持續發展、拓展農業功能及保障國家能源安全具有重要意義。但在秸桿等木質纖維素 生物質資源在發酵生產乙醇及生物基化學品的過程中，由于原料中纖維素、半纖維素和木 質素之間致密的結構，不利于后續的纖維素酶解糖化。因此，木質纖維素類生物質在酶解前 一般需經過物理及化學等預處理手段以提高纖維素酶對纖維素的糖化效率。但在預處理過 程中，一些化學預處理手段，如稀酸等，較容易形成乙酸和呋喃甲醛等一系列對微生物具有 毒害左右的抑制物。其中酶解液中乙酸濃度可達l-l〇g/L，酶解液中呋喃甲醛的濃度可達 0. 5-llg/L，嚴重影響了后續的生物發酵過程。
[0003] 運動發酵單胞菌（Zymomonasmobilis)作為唯--種通過ED代謝途徑（兼性厭 氧）發酵葡萄糖的微生物，具有較高的乙醇發酵效率和乙醇耐受性等優勢，已成為構建產乙 醇工程菌及其他生物基產品的優選宿主之一（BiotechnologyforBiofuel, 2014, 7:101)。 然而在纖維素生物質稀酸預處理工藝中，存在一些具有毒性作用的抑制物質，仍然會對已 有的運動發酵單胞菌造成毒害作用，導致乙醇發酵效率降低。在外源添加濃度為4g/l的乙 酸的情況下即可對該菌生長具有明顯抑制作用，并且其乙醇產量也下降10%左右，而在高 濃度乙酸（7. 0g/L)存在情況下，已有的運動發酵單胞菌則生長更加緩慢，乙醇產量更低。 在外源添加濃度為lg/L的呋喃甲醛的情況下即可對該菌生長具有明顯抑制作用，并且其 乙醇產量也下降20. 54%，而在高濃度呋喃甲醛（2. 0g/L)存在情況下，運動發酵單胞菌則 不能生長。
[0004] 已有研究工作對耐受高濃度乙酸的運動發酵單胞菌和耐受高濃度呋喃甲醛的運 動發酵單胞菌分別進行了選育，得到了分別對乙酸和呋喃甲醛具有耐受性的運動發酵單胞 菌，但是，這些運動發酵單胞菌不能同時耐受高濃度乙酸和高濃度呋喃甲醛，尚不能滿足秸 桿發酵生產乙醇的要求。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有的運動發酵單胞菌難以同時耐受高濃度乙酸和高濃度呋喃甲醛的 缺陷，本發明提供了一株能同時耐受高達7g/L乙酸和3g/L的呋喃甲醛的運動發酵單胞菌 菌株。
[0006] 本發明提供了一種運動發酵單胞菌，該運動發酵單胞菌（Zymomonasmobilis)的 保藏編號為CGMCCNo. 10946。
[0007] 本發明還提供了如上所述的運動發酵單胞菌在發酵生產乙醇中的用途。
[0008] 本發明還提供了一種發酵生產乙醇的方法，該方法包括如下步驟：（1)將含有纖 維素的原料進行蒸汽爆破、稀酸預處理和酶解，得到酶解液；(2)向所述酶解液中接種發酵 菌種，進行發酵，得到發酵液；(3)從所述發酵液中分離乙醇；所述發酵菌種含有如上所述 的運動發酵單胞菌。
[0009] 本發明的運動發酵單胞菌可作為纖維素乙醇發酵及其他生物基產品生產的良好 菌株，可節省酶解液脫毒處理步驟，直接在較高乙酸存在條件下進行乙醇及其他生物基產 品的發酵。
[0010] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
[0011] 生物材料保藏
[0012] 本文對比例中涉及的一種運動發酵單胞菌由實驗室模式運動發酵單胞菌經誘變 和篩選得到。該菌株分類命名為運動發酵單胞菌（Zymomonasmobilis)，其保藏編號為 CGMCCNo. 9987,保藏日期為2014年11月18日，保藏單位為中國微生物菌種保藏管理委員 會普通微生物中心，地址位于北京市朝陽區北辰西路1號院3號中國科學院微生物研究所。
[0013] 本發明的耐受高濃度乙酸和高濃度呋喃甲醛的運動發酵單胞菌由保藏編號為 CGMCCNo. 9987的運動發酵單胞菌經誘變和篩選得到。該菌株分類命名為運動發酵單胞菌 (Zymomonasmobilis)，其保藏編號為CGMCCNo. 10946,保藏日期為2015年6月2日，保藏 單位為中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址位于北京市朝陽區北辰西路 1號院3號中國科學院微生物研究所。
【具體實施方式】
[0014] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0015] 本發明提供了 一株運動發酵單胞菌，其中，該運動發酵單胞菌（Zymomonas mobilis)的保藏編號為CGMCCNo. 10946。
[0016] 本發明還提供了如上所述的運動發酵單胞菌在發酵生產乙醇中的用途。
[0017] 其中，發酵生產乙醇所用的原料沒有特別的要求，可以為常規的各種含有纖維素 的原料；例如可以包括農作物秸桿、木肩、竹子、稻殼和花生殼中的至少一種。
[0018] 其中，所述運動發酵單胞菌的發酵條件沒有特別的要求，可以為常規的各種用于 制備乙醇的發酵條件，由于本發明的運動發酵單胞菌對乙酸具有優異的耐受性，優選地，所 述運動發酵單胞菌的發酵條件包括：發酵過程的全部或者部分在不低于7g/L的乙酸濃度 下和不低于3g/L的呋喃甲醛濃度下進行。
[0019] 其中，為了避免特別高濃度的乙酸和特別高濃度的呋喃甲醛對發酵的影響，優選 地，所述運動發酵單胞菌的發酵條件包括：發酵過程的全部或者部分在不高于llg/L的乙 酸濃度下和不高于llg/L的呋喃甲醛濃度下進行。
[0020] 本發明還提供了一種發酵生產乙醇的方法，其中，該方法包括如下步驟：（1)將含 有纖維素的原料進行蒸汽爆破、稀酸預處理和酶解，得到酶解液；（2)向所述酶解液中接種 發酵菌種，進行發酵，得到發酵液；（3)從所述發酵液中分離乙醇；所述發酵菌種含有如上 所述的運動發酵單胞菌。
[0021] 其中，所述含有纖維素的原料包括農作物秸桿、木肩、竹子、稻殼和花生殼中的至 少一種。
[0022] 其中，含有纖維素的原料進行蒸汽爆破、稀酸預處理和酶解的條件可以為常規 的稀酸預處理和酶解條件，例如，稀酸預處理的條件可以包括：溫度為150-190°C，時間為 10-100分鐘，硫酸濃度為0. 2-3重量％，固液比為1: (5-25);蒸汽爆破的條件可以包括：溫 度為180-200°C，壓力為1. 4-2. 0兆帕，壓力的維持時間為3-7分鐘。酶解的條件和步驟 可以包括