以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法技术

本发明专利技术涉及乳酸发酵领域，具体涉及一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，其特征在于，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束。本发明专利技术中，柠檬酸钠水解出的柠檬酸离子可以被逐渐消耗利用，钠离子结合乳酸根而起到间接中和的作用，即留出更多的碳元素流向乳酸通路，进一步提高了糖酸转化率，而且相对于传统碳酸钙中和剂，本发明专利技术可有效避免提取过程中硫酸钙的大量积累，节约后续分离成本。

【技术实现步骤摘要】
以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法
本专利技术涉及微生物发酵领域，具体地，涉及一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法。
技术介绍
全球禁塑背景下，生物可降解的生物基材料越来越受到各国政府的重视。聚乳酸（PLA）的全球消费量逐年增加，乳酸和聚乳酸行业开始井喷式发展，根据预测，2019年，仅中国大陆的乳酸生产规模就达到30万吨/年。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，还具有生物相容性、光泽度高、透明度高、手感和耐热性好等特点，加工方便，应用十分广泛。目前全世界的乳酸工业生产绝大部分都是通过微生物发酵法进行的。然而，在通过微生物发酵法大规模工业生产乳酸时，为实现产量增加、纯度提高、成本降低、效益提高、菌体有较高的耐受性等目标，需要进行生物工程上中下游的系统性优化，比如菌株改造、廉价原料替代和分离提取的工艺提升，从乳酸生产工艺的多个环节不断挖掘潜力，提高效率。发酵过程是乳酸生产过程的关键，廉价的原料成本和高的糖酸转化率是发酵过程控制的核心。目前已经验证可行的主要原料包括玉米、木薯和大米等粗原料及相应淀粉原料，谷物深加工产业链企业在原料成本方面具有显著优势。另外糖酸转化率高的同型发酵（一般为细菌发酵）模式也得到有效推广。同型发酵模式基础上，过程的能耗控制（温度、搅拌和通风）和中和剂筛选也成了行业利润点高低的关键。乳酸发酵的pH水平一般控制在5-7，随着乳酸的积累，发酵过程需添加中和剂以维持稳定的酸碱环境。目前乳酸发酵用的最多的中和剂是碳酸钙，碳酸钙中和剂会引起提取环节生成大量硫酸钙副产物，因此研究合适的中和剂对后续的分离成本控制具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的提取环节生成大量硫酸钙副产物且糖酸转化率有待提高的问题，提供一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法。该方法以水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液为间接中和剂，替代传统的碳酸钙中和剂，并利用兼性厌氧乳酸菌发酵生产乳酸，使得在代谢过程中水溶性柠檬酸盐内所含有的C元素也会参与代谢利用，从而进一步提高乳酸发酵过程的糖酸转化率，免除固废分离操作，并降低了分离成本，且不影响乳酸终产品光学纯度。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束。本专利技术另一方面提供了水溶性柠檬酸盐溶液在乳酸发酵中的应用。通过上述技术方案，乳酸发酵过程中的糖酸转化率可达到80%以上，并且解决了提取环节固废的问题，降低了分离成本，乳酸终产品光学纯度不变，且发酵结束时柠檬酸无明显残余。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，在乳酸发酵过程中使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液并控制空气的通入量在特定范围内能够提高乳酸发酵过程中的糖酸转化率，并且在后续提取环节不会产生大量副产物，进而可以降低分离成本。本专利技术一方面提供一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束。根据本专利技术，其中，所述乳酸菌可以为兼性厌氧菌。优选地，所述乳酸菌为植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸片球菌、凝结芽孢杆菌和嗜热乳杆菌中的至少一种。根据本专利技术的一种优选实施方式，在将乳酸菌接入发酵培养基之前还包括乳酸菌的活化步骤。所述活化可以为本领域内任意常规活化方法，在此不再赘述。根据本专利技术优选的实施方式，其中，所述活化后的乳酸菌以乳酸菌悬浊液的形式进行接种。根据本专利技术，其中，相对于每升的发酵培养基，所述活化后的乳酸菌悬浊液OD600=2-8，接种量可以为50-100ml。优选地，相对于每升的发酵培养基，所述活化后的乳酸菌悬浊液OD600=4-5.9，接种量为80-100ml。根据本专利技术，其中，所述发酵培养基中的碳源为所述培养基提供24-40g/L的碳元素。任意可以提供该用量碳元素的碳源均可适用于本专利技术提供的方法。优选地，所述发酵培养基中的碳源为葡萄糖。所述葡萄糖在所述发酵培养基中的含量为60-130g/L。根据本专利技术，其中，所述发酵培养基中的氮源为所述培养基提供2-3.6g/L的氮元素。任意可以提供该用量氮元素的氮源均可适用于本专利技术提供的方法。优选地，所述发酵培养基中的氮源为玉米浆液。所述玉米浆液在所述发酵培养基中的含量为72-130g/L。优选地，所述发酵培养基中的氮源为玉米浆粉。所述玉米浆粉在所述发酵培养基中的含量为25-45g/L。根据本专利技术，其中，所述水溶性柠檬酸盐溶液可以为本领域常见的水溶性柠檬酸盐，特别是柠檬酸盐中的阳离子与乳酸根结合生成的乳酸盐也为水溶性的柠檬酸盐，如柠檬酸碱金属盐。优选地，所述水溶性柠檬酸盐为柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。根据本专利技术，对水溶柠檬酸盐与强碱的混合溶液的用量没有特别的要求，只要能够控制发酵体系的pH值即可。优选地，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。优选地，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH在5.8-6。其中，在所述混合溶液中，所述水溶性柠檬酸盐的浓度为0.5-3mol/L，所述强碱的浓度为1-2mol/L，所述水溶性柠檬酸盐与强碱的总添加量为1.5-5mol/L，优选为1.5-3mol/L。根据本专利技术，其中，所述水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液的添加方式为：持续流加水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液使发酵体系的pH保持稳定。使得发酵体系的pH保持稳定是指：发酵体系的最高pH与最低pH的差值不大于0.2。本领域技术人员能够据此对水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液的流加速度进行控制，在此不再赘述。根据本专利技术的优选实施方式，其中，出于操作便利和降低成本的目的，所述含氧气体可以选用空气。根据本专利技术的优选实施方式，其中，所述通气的方式为使用空气流量计进行调节在发酵开始后第6-12h通入直至发酵结束。期间控制含氧气体的通入量以氧气计为0.002-0.2L/(min·L)，优选为0.02-0.16L/(min·L)。本专利技术的专利技术人在研究中发现，这样的通气方式可以进一步提高乳酸发酵过程中的糖酸转化率。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，其特征在于，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束；/n其中，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；/n所述含氧气体通入的时间为发酵开始后第6-12h直至发酵结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，其特征在于，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束；
其中，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；
所述含氧气体通入的时间为发酵开始后第6-12h直至发酵结束。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述乳酸菌为兼性厌氧菌。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述乳酸菌为植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸片球菌、凝结芽孢杆菌和嗜热乳杆菌中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述活化后的乳酸菌以悬浮液形式进行接种，所述悬浮液的OD600=2-8，相对于每升的发酵培养基，悬浮液的用量为50-100ml。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述活化后的乳酸菌以悬浮液形式进行接种，所述悬浮液的OD600=4-5.9，相对于每升的发酵培养基，悬浮液的用量为80-100ml。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵培养基中的碳源为所述培养基提供24-40g/L的碳元素。


7.根据权利要求1或6所述的方法，其中，所述发酵培养基中的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖在所述发酵培养基中的含量为60-130...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈博，李义，佟毅，孙浩轩，周卫强，杨硕，武丽达，
申请(专利权)人：中粮营养健康研究院有限公司，吉林中粮生化有限公司，中粮生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11