專利名稱：一種利用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)l-乳酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的方法。
背景技術(shù)：
乳酸作為世界上公認的三大有機酸之一，廣泛應(yīng)用于食品及與食品相關(guān)的行業(yè)。由于人體和動物體內(nèi)只含有L-乳酸分解酶，只能代謝自身產(chǎn)生或攝入的L-乳酸，因此L-乳酸在食品、飼料和醫(yī)藥行業(yè)中備受重視。研究還發(fā)現(xiàn)以L-乳酸為原料制得的生物可降解材料一聚乳酸具有良好的初期機械性能，透明性、抗菌性和防霉性；其膜材具有良好的透氧性和透水蒸汽性，使用壽命可達2年 3年。聚乳酸可用來制造塑料食品器具和食品包
目前，L-乳酸的生產(chǎn)方法主要為發(fā)酵法。利用根霉發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸存在轉(zhuǎn)化率低，副產(chǎn)物多，發(fā)酵過程中需要通氣攪拌使生產(chǎn)成本上升等不足?；谏鲜鲈?，近年來人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向同型發(fā)酵的乳酸菌。其中，鼠李糖乳桿菌生產(chǎn)L-乳酸，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品光學(xué)純度高，已成為研究人員關(guān)注的熱點之一。在乳酸分批發(fā)酵中，提高底物濃度可以有效提高發(fā)酵液中乳酸濃度，降低下游過程的成本。因此，研究耐糖鼠李糖乳桿菌發(fā)酵特性不僅對L-乳酸的工業(yè)化生產(chǎn)將起到重要的作用，而且還將有助于推動聚乳酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的方法，本發(fā)明以鼠李糖乳桿菌為出發(fā)菌株，在高濃度葡萄糖條件下發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸進行研究。本發(fā)明考察了接種量、發(fā)酵溫度、PH和中和劑對乳酸發(fā)酵的影響。I. 一種利用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的方法，其特征在于發(fā)酵時，在16 L發(fā)酵罐中加入12 L發(fā)酵培養(yǎng)基，以一定量的接種量接入種子液。在一定的發(fā)酵溫度下發(fā)酵，pH由25%的中和劑控制在一定值，轉(zhuǎn)速為200 r/min。2.其中，發(fā)酵培養(yǎng)基的配制方法為葡萄糖120.0 g，糖蜜37.0 mL，玉米漿43.0
g,Tween 80 15 mL, MnSO4 0.3 g,蒸懼水1000 mL。葡萄糖、糖蜜和玉米衆(zhòng)分別滅菌,調(diào)節(jié)合適pH值,115°C滅菌20 min。3.種子液的培養(yǎng)方法為將保存菌種傳代活化后，以12%的接種量接入種子培養(yǎng)基，在37°C恒溫培養(yǎng)振蕩器(200 r/min)中培養(yǎng)20 h。4.種子培養(yǎng)基的配制方法為酵母粉12 g，葡萄糖80 g，蒸餾水1000 mL，酵母粉和葡萄糖分別滅菌，121°C滅菌20 min，冷卻后混合。5.最佳接種量為6%。6 發(fā)酵溫度最佳為40°C。7.最佳發(fā)酵pH為6. O。8.最佳中和劑為氨水。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明以一株鼠李糖乳桿菌為研究對象，考察了在發(fā)酵罐中的分批發(fā)酵條件，并且在較高的初糖濃度條件下得到了滿意的結(jié)果。


圖I接種量對發(fā)酵過程的影響。 圖2發(fā)酵溫度對發(fā)酵過程的影響。圖3 pH對發(fā)酵過程的影響。圖4不同中和劑對發(fā)酵過程的影響。
具體實施例方式下面的實施例對本發(fā)明作詳細說明，但對本發(fā)明沒有限制。本發(fā)明所用的菌株為鼠李糖乳桿菌，購買于ACCC，編號為ACCC10534。實施例I
本實施案例說明接種量對發(fā)酵過程的影響，通常采用較大的接種量可縮短細菌生長達到高峰的時間，使產(chǎn)物的合成提前。但是接種量過大，會使菌種生長過快，培養(yǎng)液粘度增加，菌體早衰，造成發(fā)酵后勁不足，影響產(chǎn)酸量及轉(zhuǎn)化率。反之，接種量過少，菌體增長緩慢，會延長發(fā)酵周期，不利于菌株高產(chǎn)。為此，確定最適接種量是十分必要的。選擇接種量分別為
3、6、9、12、15%進行發(fā)酵實驗結(jié)果見圖I。如圖I所示，當接種量超過6%時，乳酸的產(chǎn)量變化不明顯。大多細菌由于接種量增加會引起營養(yǎng)物質(zhì)消耗過快，導(dǎo)致氧氣消耗抑制生長，而這情況對該厭氧鼠李糖乳桿菌可能影響不大。從減小由種子液帶入到發(fā)酵培養(yǎng)基中對菌體有抑制作用的代謝產(chǎn)物角度考慮選取最小的接種量，即6%接種量用于鼠李糖乳桿菌的乳酸發(fā)酵。實施例2
本實施案例說明發(fā)酵溫度對發(fā)酵過程的影響，溫度不僅會影響各種酶反應(yīng)的速率，還會影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)。發(fā)酵溫度升高酶反應(yīng)速率增大，生長代謝加快，產(chǎn)物生成提前。但是溫度過高，酶本身容易失活，菌體加快衰老，最終影響產(chǎn)量。因此，發(fā)酵過程中應(yīng)該維持適當?shù)臏囟?，才有利于乳酸生產(chǎn)的順利進行。分別采用36、40、441三個不同培養(yǎng)溫度，對發(fā)酵乳酸的影響進行研究，結(jié)果見圖2。從圖2中可以看出，當發(fā)酵溫度為40°C時，乳酸產(chǎn)量最多，可是與在36°C發(fā)酵溫度下相比，乳酸產(chǎn)量提高不十分顯著。但考慮到40°C時乳酸產(chǎn)量有少許提高，并且較高的溫度在實際生產(chǎn)中也有利于減少冷卻水循環(huán)量和降低污染雜菌的機會，因此將發(fā)酵溫度選為400C。而溫度為44°C時，乳酸產(chǎn)量有較大減少，可能是溫度太高導(dǎo)致菌體提前進入衰老期所至。實施例3
本實施案例說明PH對發(fā)酵過程的影響，在乳酸發(fā)酵過程中隨著乳酸的不斷積累，會使發(fā)酵液中的pH下降。pH的下降往往會影響菌體的生長和產(chǎn)物的生成。Goncalves等研究了 pH在5-6. 8之間時對鼠李糖乳桿菌發(fā)酵乳酸的影響，發(fā)現(xiàn)pH對乳酸發(fā)酵速率的影響比最大比生長速率對乳酸發(fā)酵速率的影響大，所以在發(fā)酵時為得到較高產(chǎn)量需要調(diào)控發(fā)酵液的pH。分別采用pH5. 0,5. 5,6. 0和6. 5對發(fā)酵乳酸的影響進行研究，結(jié)果見圖3。
如圖3所示，當發(fā)酵培養(yǎng)基中的pH為6.0時，乳酸產(chǎn)量最高。而當pH高于5. 5時乳酸的產(chǎn)量差別不大，這表明耐糖乳桿菌適合PH范圍相對較寬。值得注意的是，當pH為5.0時鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)的乳酸產(chǎn)量有較大下降。這可能是由于pH低于5. 5以下，乳酸以解離和非解離兩種狀態(tài)存在，非解離的乳酸分子可通過細胞膜使細胞內(nèi)部乳酸濃度增力口，從而降低了與代謝相關(guān)的酶活性，抑制了菌體生長和產(chǎn)酸。實施例4
本實施案例說明不同中和劑對發(fā)酵過程的影響，傳統(tǒng)乳酸發(fā)酵過程中采用CaCO3作為中和劑，以維持最適PH值。但是乳酸鈣結(jié)晶細小，結(jié)晶過程不易控制，30%乳酸鈣殘留在結(jié)晶母液中，不能結(jié)晶出來，大量的副產(chǎn)物膏澮造成環(huán)境污染。因此，現(xiàn)在的乳酸發(fā)酵研究大都傾向采用NaOH或NH4OH作為中和劑，見圖4。從圖4可以看出，用氨水作中和劑調(diào)節(jié)pH無論是在菌體生長、生產(chǎn)L 一乳酸還是 部分被菌體作為氮源利用，促進其快速增長，而Na+的積累對菌體生長有一定的抑制作用。同時，加入NH OH作為來中和劑乳酸的產(chǎn)量是NaOH的I. 6倍，這個差別可能是由于NaOH對乳桿菌乳酸生產(chǎn)存在較大抑制作用，并且NaOH的濃度較大進入罐中對接觸的菌體有毒害作用。如果采用低濃度的NaOH會使發(fā)酵液稀釋效果加強，不利于后處理過程；而采用NH40H有利于用酯化法分離乳酸，因此本實驗采用NH4OH作中和劑。
權(quán)利要求
1.一種利用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的方法，其特征在于發(fā)酵時，在16 L發(fā)酵罐中加入12 L發(fā)酵培養(yǎng)基，以一定量的接種量接入種子液；在一定的發(fā)酵溫度下發(fā)酵，PH由25%的中和劑控制在一定值，轉(zhuǎn)速為200 r/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基的配制方法為葡萄糖120.0g，糖蜜 37.0 mL,玉米衆(zhòng) 43. 0 g, Tween 80 15 mL, MnSO4 0. 3 g,蒸懼水 1000 mL ;葡萄糖、糖蜜和玉米漿分別滅菌，調(diào)節(jié)合適pH值，115°C滅菌20 min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，種子液的培養(yǎng)方法為將保存菌種傳代活化后，以12%的接種量接入種子培養(yǎng)基，在37°C恒溫培養(yǎng)振蕩器中培養(yǎng)20 h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，種子培養(yǎng)基的配制方法為酵母粉12g，葡萄糖80 g，蒸餾水1000 mL，酵母粉和葡萄糖分別滅菌，121°C滅菌20 min，冷卻后混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，接種量為6%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵溫度為40°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵pH為6.O。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于中和劑為氨水。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的方法，本發(fā)明以鼠李糖乳桿菌為出發(fā)菌株，在高濃度葡萄糖條件下發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸進行研究。本發(fā)明考察了接種量、發(fā)酵溫度、pH和中和劑對乳酸發(fā)酵的影響。
文檔編號C12P7/56GK102747112SQ201210253039
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月21日
發(fā)明者金雅新 申請人:太倉市茂通化建有限公司