一种混合发酵联产乳酸和丁二酸的方法技术

本发明专利技术属于生物化工领域，提供一种混合发酵联产乳酸和丁二酸的方法，包括：(1)将产乳酸菌株和产丁二酸菌株混合，(2)好氧培养阶段，用于生长菌体；(3)厌氧培养阶段，用于生产乳酸和丁二酸。本发明专利技术方法能够提高产物中丁二酸含量，使丁二酸易于回收，降低回收成本。降低回收成本。

【技术实现步骤摘要】
一种混合发酵联产乳酸和丁二酸的方法


[0001]本专利技术属于生物化工领域，涉及乳酸和丁二酸的生产。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是可降解材料中比较有前景的两种材料，它们能够在自然条件下完全降解，安全无毒，可以显著改善生态环境；其良好的力学性能和加工性能也能够满足各大领域的需求。
[0003]聚乳酸的制备单体是乳酸。传统的乳酸制备方法是乳腈法，即乙醛和氢氰酸在碱性催化剂的作用下生成乳腈，乳腈加入浓盐酸或浓硫酸酸化，得到粗乳酸。粗乳酸经过甲醇酯化、水解、精制得到精制乳酸。由于在制备过程中会发生消旋，用化学法制得的乳酸是DL
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乳酸，无法用于聚合领域，并且由于用到氢氰酸等剧毒物质，限制了化学法乳酸单体的应用领域。
[0004]目前也有利用微生物发酵法生产乳酸，但由于微生物生长代谢的复杂性，乳酸发酵过程中不可避免地存在着各种杂酸代谢途径，包括甲酸、乙酸、丁二酸、富马酸、丙酮酸、2
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羟基羧酸类化合物、苯乳酸等，从而导致发酵液中杂质含量高，乳酸化学纯度低，不仅增加了乳酸单体分离提取成本，也降低了碳源转化率，提高了乳酸单体和聚乳酸的生产成本。且无论以何种方式发酵，丁二酸都是难以避免的副产物之一，含量在1g/L～3g/L。如果将其作为废弃物，由于丁二酸和乳酸不容易相互分离，将会显著降低乳酸收率，增加生产成本；如果将其作为副产物回收，由于丁二酸含量相对较低，为此而增加的设备投资和回收副产物的预期收益相比，经济性较差。
[0005]因此，现实中需要有更环保、更便捷、成本低廉的生产乳酸以及丁二酸的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决现有的乳酸发酵过程中杂质种类多、杂酸含量高、分离成本高、碳源转化率低、发酵尾气处理成本高等问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种混合发酵联产乳酸和丁二酸的方法，包括：
[0008](1)将产乳酸菌株和产丁二酸菌株混合接种至培养基中，两种菌的比例为1:10～10:1，优选地1:5～5:1，更优选地1:1；
[0009](2)好氧培养阶段：用于生长菌体，向培养基中补充烟酸和乙偶姻，使培养基含有终浓度为1～10mmol/L的烟酸和1～10mmol/L的乙偶姻；至菌株OD
600
达到30～35，转入厌氧培养阶段；
[0010](3)厌氧培养阶段：用于生产乳酸和丁二酸，该阶段向培养基中补充甘氨酸和甘露醇，使培养基含有终浓度为1～10mmol/L的甘氨酸和1～10mmol/L的甘露醇；
[0011]其中，所述产乳酸菌株包括凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、拟干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)、大肠杆菌(Escherichia coli)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、米根霉
(Rhizopus oryzae)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)以及其它通过基因工程手段改造可以用来生产L
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和/或D
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乳酸的菌株；所述产丁二酸菌株包括琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)、大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)、重组谷氨酸棒杆菌和重组大肠杆菌以及其它通过基因工程手段改造可以用来生产丁二酸的菌株。
[0012]在一些实施方案中，上述方法中，所述培养基包含碳源，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、甘油、糖蜜、淀粉糖化液、秸秆糖化液中的一种或多种。
[0013]在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述培养基包含氮源，所述氮源选自蛋白胨、玉米浆、酵母粉、酵母浸粉、玉米粉、硫酸铵、尿素、硝酸钠和硝酸铵中的一种或多种。
[0014]在一些实施方案中，上述任一项所述的方法中，所述培养基包含：葡萄糖60g/L、玉米浆8g/L、硝酸钠8g/L、磷酸二氢钾5g/L、氯化钙0.1g/L。
[0015]在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述步骤(2)和步骤(3)中pH5.0
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7.5，优选6.5
‑
7.0；优选地通过加入氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氨水、氢氧化钠中的一种或多种调节pH值。
[0016]在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述好氧培养阶段温度为25℃
‑
60℃、优选35℃
‑
55℃，溶氧10％
‑
70％、优选30％
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60％，培养时间为3
‑
10h、优选4
‑
8h；促使菌株快速增殖，提高生产效率。
[0017]进一步地，所述好氧培养阶段的转速为100
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600rpm，通风量为0
‑
3VVM，罐压为0.05
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0.15MPa，根据溶氧调整转速、通风量和罐压，使溶氧维持在10％
‑
70％、优选30％
‑
60％。
[0018]在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述厌氧培养阶段温度为30℃
‑
60℃、优选45℃
‑
55℃，培养时间为20
‑
50h、优选20
‑
40h，转速为200r/min以下，罐压为0
‑
0.02MPa；通过调节厌氧培养阶段温度，改变产物中乳酸和丁二酸比例，抑制杂酸代谢途径，并提高乳酸产量。
[0019]优选地，在厌氧培养阶段，向发酵罐中补加600g/L的葡萄糖，使葡萄糖的浓度维持在20
‑
30g/L。
[0020]在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，还包括回收好氧培养阶段产生的尾气，返回至厌氧培养阶段，尾气返回的通气量为0.1vvm
‑
1.0vvm，优选0.1vvm
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0.5vvm，每小时间歇通气时间为0.1～0.5h，优选0.1～0.5h，通过调节回用尾气通气量，抑制杂酸代谢途径，并调节产物中乳酸和丁二酸的比例。
[0021]在一种实施方式中，所述方法包括：
[0022](1)将产乳酸菌株和产丁二酸菌株混合接种至培养基中，优选地，两种菌的比例为1:5～5:1，优选地1:1；所述产乳酸菌株为CICC 23843或CGMCC No.11059，所述产丁二酸菌株为CICC 23845；所述培养基的组成为：葡萄糖60g/L、玉米浆8g/L、硝酸钠8g/L、磷酸二氢钾5g/L、氯化钙0.1g/L，余量为水；
[0023](2)好氧培养阶段：向培养基中补充烟酸和乙偶姻，使培养基含有终浓度为1mmol/L的烟酸和1mmol/L的乙偶姻；转速100
‑
600rpm，通风量为0
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3VVM，罐压0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合发酵联产乳酸和丁二酸的方法，包括：(1)将产乳酸菌株和产丁二酸菌株混合接种至培养基中，两种菌的比例为1:10～10:1，优选地1:5～5:1，更优选地1:1；(2)好氧培养阶段：向培养基中补充烟酸和乙偶姻，使培养基含有终浓度为1～10mmol/L的烟酸和1～10mmol/L的乙偶姻；至菌株OD
600
达到30～35，转入厌氧培养阶段；(3)厌氧培养阶段：向培养基中补充甘氨酸和甘露醇，使培养基含有终浓度为1～10mmol/L的甘氨酸和1～10mmol/L的甘露醇；其中，所述产乳酸菌株选自凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、拟干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)、大肠杆菌(Escherichia coli)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、米根霉(Rhizopus oryzae)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)以及其它通过基因工程手段改造可以用来生产L
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和/或D
‑
乳酸的菌株；所述产丁二酸菌株选自琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、重组谷氨酸棒杆菌和重组大肠杆菌以及其它通过基因工程手段改造可以用来生产丁二酸的菌株；优选地，所述产乳酸菌株为CICC 23843或CGMCC No.11059，所述产丁二酸菌株为CICC 23845。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述培养基包含碳源，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖、甘油、糖蜜、淀粉糖化液、秸秆糖化液中的一种或多种；和/或所述培养基包含氮源，所述氮源选自蛋白胨、玉米浆、酵母粉、酵母浸粉、玉米粉、硫酸铵、尿素、硝酸钠和硝酸铵中的一种或多种；优选地，所述培养基包含：葡萄糖60g/L、玉米浆8g/L、硝酸钠8g/L、磷酸二氢钾5g/L、氯化钙0.1g/L。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤(2)和步骤(3)中，pH5.0
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7.5，优选6.5
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7.0；优选地，通过加入氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氨水、氢氧化钠中的一种或多种调节pH值。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述好氧培养阶段温度为25℃
‑
60℃、优选35℃
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55℃，溶氧为10％
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70％、优选30％
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60％，培养时间为3
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10h、优选4
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8h。5.根据权利要求4所述的方法，其中，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨付伟，王竞辉，马光，吴计划，常红星，张光祥，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：