菊芋又名洋姜，屬于非糧作物，其土壤適應性強，可以在干旱、鹽堿等非耕邊際土地種植。菊芋塊莖富含菊糖，菊糖是植物的第二大儲存多糖，僅次于淀粉。淀粉糖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已較為成熟，而菊糖的開發(fā)應用有待發(fā)展。以菊糖為糖質平臺，結合現(xiàn)代生物技術，可開發(fā)生物能源、生物基材料、醫(yī)藥、食品等眾多產(chǎn)品。
近期，青島能源所微生物資源團隊聚焦菊糖向能源產(chǎn)品燃料乙醇和功能食品“益生元”低聚果糖的轉化，取得了顯著進展。在前期研究中，該團隊的科研人員建立了菊芋乙醇整合生物加工工藝（Consolidated bioprocess），即將菊糖酶產(chǎn)生、菊糖水解和乙醇發(fā)酵整合為一個過程，實現(xiàn)了直接發(fā)酵菊芋生產(chǎn)燃料乙醇，在40 C下酵母發(fā)酵200 g/L菊芋粉，產(chǎn)乙醇65.2 g/L, 乙醇得率為79.7%。該團隊通過系統(tǒng)地改造酵母多糖代謝途徑和酶分泌系統(tǒng)等，有效提高了菊芋的轉化效率，發(fā)酵250 g/L菊芋粉，產(chǎn)乙醇達到81.8 g/L，產(chǎn)率達到3.13 g/L/h，轉化率達到92%。相關研究成果發(fā)表在Biotechnology for Biofuels, 2016, 9:96。
低聚果糖產(chǎn)品主要以蔗糖為原料經(jīng)酶法轉化而來，這種工藝的理論轉化率低于60%，生產(chǎn)高純度低聚果糖需要經(jīng)過純化，增加成本。菊糖可通過菊糖內(nèi)切酶催化產(chǎn)生低聚果糖，但是菊糖內(nèi)切酶活力通常不高，目前沒有廉價的商業(yè)化酶可供使用。上述科研團隊通過在釀酒酵母中表達菊糖內(nèi)切酶，并且消除菌種對菊糖組份的代謝能力，建立了一種通過酵母發(fā)酵生產(chǎn)高純度低聚果糖的簡單工藝。應用該工藝，在40 C下發(fā)酵200 g/L菊糖，產(chǎn)生低聚果糖180 g/L，并且產(chǎn)率高達7.5 g/L/h。相關研究成果發(fā)表在Carbohydrate Polymers, doi:10.1016/j.carbpol.2016.06.059, 并申請中國發(fā)明專利一項，專利號2016103904308。
上述技術發(fā)明創(chuàng)造將促進菊芋產(chǎn)品開發(fā)，推動菊芋產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
高純度低聚果糖一步生物發(fā)酵技術 菊芋乙醇整合生物加工技術（CBP）
原文鏈接：
1. Biotechnology for Biofuels, 2016, 9:96
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861716307342
2. Carbohydrate Polymers, 2016, 151:1220-1226 doi:10.1016/j.carbpol.2016.06.059
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861716307342
