一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L

【技术实现步骤摘要】
一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L
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乳酸的方法


[0001]本专利技术涉及发酵领域，具体涉及一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L
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乳酸的方法。

技术介绍

[0002]乳酸(lactic acid,LA)是应用最广泛的有机酸之一，在食品、医药、化工、农业等领域的产品中随处可见。在食品行业中，应用最多的是L
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乳酸，是因为在人和动物体内只有L
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乳酸脱氢酶，没有D
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乳酸脱氢酶，过量摄入D型或DL型乳酸,会引起代谢紊乱、酸中毒等各种毒性作用。乳酸酸性柔且性质稳定，被广泛用作酸味剂、风味剂、pH调节剂以及防腐剂和腌渍剂，添加在清凉饮料、糖果、糕点等食物中提高食物风味的同时也延长其保质期。在工业生产中，用乳酸处理皮革和纺织纤维软化材料的同时增加其上色亮度。乳酸缩聚成的聚乳酸在自然条件下能够缓慢分解生成CO2和H2O，是代替PVC、PP类塑料的一种环保型的生物可降解材料。在医药业中，由于乳酸有很强的杀菌作用，被用作消毒剂；由L
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乳酸钙、L
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乳酸亚铁、L
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乳酸钠制成的食物和药品是良好的金属元素营养增补剂；聚乳酸因为无毒和生物相容性，被用作多种医用材料，例如缓释胶囊制剂、生物降解纤维(手术缝合线)、生物植片(修复骨折或其它机体损伤)等。在农业生产中，低度聚乳酸可以作为缓释材料如缓释肥料、农药、可降解农用薄膜等。
[0003]随着材料科学的不断发展，乳酸应用领域更加广泛，主要是生物降解和生物相容性材料聚乳酸的应用，导致乳酸产量大幅度增加，传统的生产原料即可食用性淀粉质的大量消耗将影响到国家的粮食安全，利用非粮食资源已成为近年来乳酸生产的研究重点。近年来国家已经严禁焚烧，被用作肥料、饲料、燃料、工业原料、基料等，但是秸秆的利用率很低，秸秆过剩造成的环境污染和资源浪费的现象仍旧很明显。因此，考虑到原料成本高及全球粮食供应紧张，木质纤维素资源已成为生产乳酸的诱人而廉价的原料。因此，本专利技术提供了一种利用预处理玉米秸秆提高凝结芽孢杆菌发酵产L
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乳酸的方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种提高凝结芽孢杆菌发酵产L
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乳酸的方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种提高凝结芽孢杆菌发酵产L
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乳酸的方法，即以脱木质素纤维经酶解所得的上清液为发酵培养基，以聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯、炭黑、棉纤维和聚氯乙烯中的任意一种或几种组合为固定化载体，进行固定化发酵产L
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乳酸。
[0006]其中，所述脱木质素纤维为将生物质脱木质素所得；其中，脱除木质素的方法包括但不限于双螺杆碱预处理；其中，所述生物质包括但不限于玉米秸秆。
[0007]其中，所述酶解为采用纤维素酶对脱木质素纤维进行酶解，所述纤维素酶的用量为15～35FPU/g纤维素，优选为30FPU/g纤维素；其中，所述纤维素的滤纸活力为245FPU/mL。
[0008]其中，调节发酵培养基的初始pH为6.7～7.7，优选为采用CaCO3调节发酵培养基的初始pH为6.7～7.7。
[0009]其中，所述固定化载体优选为棉纤维。
[0010]其中，所述固定化载体经醇洗涤后，再经丁二酸酐进行改性。
[0011]其中，所述固定化载体的用量为4～20g/L发酵培养基，优选为8～16g/L发酵培养基，优选为12g/L发酵培养基。
[0012]其中，所述凝结芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌CC
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17。
[0013]其中，将凝结芽孢杆菌种子液以5％～15％的接种量接入到发酵培养基中，优选为以10％的接种量接入。
[0014]其中，所述发酵的温度为40～60℃，优选为50℃。
[0015]其中，所述发酵的转速为200～500rpm，优选为250～300rpm，进一步优选为300rpm。
[0016]其中，所述发酵过程中调节发酵液的pH为5.0～7.0，优选为5.5～6.5，进一步优选为6.1。
[0017]其中，所述发酵过程中用NaOH水溶液调节发酵液的pH，所述NaOH水溶液优选为30％NaOH水溶液。
[0018]其中，所述方法优选为，用CaCO3调节发酵培养基的初始pH为6.7～7.7，12g/L发酵培养基的量加入处理后的棉纤维，再按照10％的接种量接入凝结芽孢杆菌种子液于50℃、300rpm进行固定化发酵，发酵过程中用NaOH水溶液调节发酵液的pH为6.1。
[0019]综上，以凝结芽孢杆菌CC
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17作为发酵菌株生产L
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乳酸，利用玉米秸秆进行发酵生产L
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乳酸实现资源利用的转化，其原料丰富、廉价可再生。凝结芽孢杆菌代谢途径是同型发酵，糖酸转化率高，且产物L
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乳酸的光学纯度高达99.5％
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99.8％明显高于德氏乳杆菌和米根霉。高温厌氧条件下细胞生长代谢速率快，染菌风险低，可实现生料发酵。因为发酵过程不通气可大幅度降低了能耗，生产成本低。利用混合糖发酵培养基对凝结芽孢杆菌CC
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17进行单因素优化确定最适固定化发酵条件，并利用玉米秸秆酶解液重复多批次发酵生产乳酸，为连续高效利用木质纤维素水解液发酵生产乳酸提供研究经验。
[0020]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：
[0021]本专利技术利用摇瓶复配混合糖发酵筛选出固定化凝结芽孢杆菌CC
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17的适宜材料，并对1L发酵罐中固定化细胞发酵工艺进行单因素优化，优化结果为：发酵初始添加12g/L的材料4，发酵过程中搅拌转速300rpm，30％NaOH调控pH在6.1左右。固定化凝结芽孢杆菌CC
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17利用半脱玉米秸秆酶解上清液重复发酵8批次，平均产酸浓度108g/L，平均物料乳酸转化率0.41g/(g半脱玉米秸秆)，比单批次游离细胞发酵提高17.39％，平均产酸速率达1.82g/(h
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L)，是游离细胞发酵的1.42倍，发酵效果明显高于游离细胞发酵。固定化细胞连续多批次发酵不仅缩短了单批次生产周期，提高了生产能力，而且省去了发酵前不断活化培养菌体的操作，大大简化了生产工艺。另外，本专利技术所提供的方法预处理过程能量输入低(720～1010MJ/t)，远低于常用的蒸汽爆破(1520～1980MJ/t)，且单批次预处理物料量大，化学试剂用量少；同时，预处理后纤维素和半纤维素保留率高。
附图说明
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0023]图1为酶解过程中纤维素水解还原糖得率变化情况。
[0024]图2为不同固定化材料下，凝结芽孢杆菌CC
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高凝结芽孢杆菌发酵产L
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乳酸的方法，其特征在于，以脱木质素纤维经酶解所得的上清液为发酵培养基，以聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯、炭黑、棉纤维和聚氯乙烯中的任意一种或几种组合为固定化载体，进行固定化发酵产L
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乳酸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶解为采用纤维素酶对脱木质素纤维进行酶解，所述纤维素酶的用量为15～35FPU/g纤维素。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节发酵培养基的初始pH为6.7～7.7。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定化载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：应汉杰，赵伟，陈勇，余斌，孙文俊，陈天鹏，蒋颖，朱家庆，张涛，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：