專利名稱：一種利用米根霉同步糖化發(fā)酵產(chǎn)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，具體涉及一種利用米根霉同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的方法。
背景技術(shù)：
乳酸是一種重要的有機(jī)酸，學(xué)名α -羥基丙酸，在分子結(jié)構(gòu)中有一個(gè)不對(duì)稱碳原子，因此乳酸存在兩種異構(gòu)體，即L-(+)乳酸和D-(-)乳酸。作為一種重要的生物化工原料，L-乳酸被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、日用化工、有機(jī)化工等領(lǐng)域，覆蓋大量產(chǎn)品。 乳酸可以通過(guò)化學(xué)合成或碳水化合物發(fā)酵得到，但是基于發(fā)酵法能夠?qū)Ｒ恍缘氐玫絃-乳酸或D-乳酸，因此發(fā)酵法被廣泛用于L-乳酸的生產(chǎn)。乳酸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸具有光學(xué)純度高、發(fā)酵強(qiáng)度顯著提高等特點(diǎn)，因此，利用乳酸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸成為大規(guī)模生產(chǎn)L-乳酸的趨勢(shì)。目前用于乳酸生產(chǎn)的原料主要有淀粉、糖蜜、乳清粉等。為了降低乳酸的制備成本，提高乳酸生產(chǎn)質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外對(duì)乳酸生產(chǎn)的研究，主要集中在低價(jià)原料的開(kāi)發(fā)利用、提高發(fā)酵強(qiáng)度、優(yōu)化乳酸分離提取工藝這三個(gè)方面。所謂固態(tài)發(fā)酵，傳統(tǒng)上是指在缺乏自由水的固態(tài)顆粒組成的基質(zhì)上進(jìn)行微生物培養(yǎng)和發(fā)酵的技術(shù)。根據(jù)Hellettine和Cannel等的定義，固態(tài)發(fā)酵是指在沒(méi)有自由水(或游離水)的存在下，微生物在固態(tài)底物上生長(zhǎng)的過(guò)程，因此懸浮在液體中固態(tài)顆?；虿蝗苄灶w粒的發(fā)酵不屬于此范疇，固態(tài)發(fā)酵過(guò)程需要水的存在，但是這種水是以復(fù)合或吸附的形式存在于基質(zhì)的內(nèi)部。對(duì)水的吸附能力是固態(tài)物料的一個(gè)基本性質(zhì)，不同物料不出現(xiàn)游離水時(shí)的吸水?dāng)?shù)量是不同的。對(duì)于大多數(shù)基質(zhì)來(lái)說(shuō)水分在達(dá)到80%以前都將出現(xiàn)游離水。由于水分低于12%時(shí)所有生物的活性都停止了，所以它也是固定發(fā)酵進(jìn)行的最低濕度。同步糖化發(fā)酵法(simultaneoussacchrification and fermentation, SSF)則是指在一個(gè)反應(yīng)容器中同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)反應(yīng)，通常是將酶解糖化過(guò)程與發(fā)酵過(guò)程結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，成為同步糖化發(fā)酵工藝。SSF過(guò)程可將傳統(tǒng)工藝中的纖維素水解與發(fā)酵合二為一，雜菌污染減少，加快了水解速率，縮短了發(fā)酵時(shí)間，省略了酶回收的環(huán)節(jié)。對(duì)提高底物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物生成速率，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，減少設(shè)備投資均十分有利，因此成為研究熱點(diǎn)之一。目前，纖維素生物轉(zhuǎn)化與利用的研究離實(shí)際應(yīng)用仍然有一定的距離，在微生物降解纖維素物質(zhì)過(guò)程中，酶與纖維素底物直接接觸是酶水解的主要條件，只有使酶從有機(jī)體擴(kuò)散至纖維素復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)部才能完成。但是纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)域半纖維素、木質(zhì)素的緊密結(jié)合，使得水解速度與糖得率收到很大影響。并且在不同單因素的條件下，例如能源、碳源、水、溫度、pH值的不同使得纖維素菌產(chǎn)生的酶活性不同，需要確定最好的單因素條件。就乳酸細(xì)菌生產(chǎn)乳酸的原來(lái)而言，目前一般是采用高價(jià)的葡萄糖或淀粉，而高價(jià)格的原料無(wú)法生產(chǎn)出低成本的產(chǎn)品，因此，對(duì)廉價(jià)易得的植物纖維素的開(kāi)發(fā)利用并采用最佳的發(fā)酵工藝已成為降低乳酸生產(chǎn)成本的重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種利用米根霉同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的方法，通過(guò)采用同步糖化發(fā)酵過(guò)程可以提高纖維素的轉(zhuǎn)化率，消除產(chǎn)物抑制。從操作及設(shè)備來(lái)看，簡(jiǎn)化了操作工藝，減少了染菌機(jī)會(huì)。由于只需要一個(gè)反應(yīng)器，節(jié)省了設(shè)備投資。I. 一種利用米根霉同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的方法，其特征在于，在250ml搖瓶中配制50ml,加入6g稻草粉，固態(tài)發(fā)酵的纖維素酶曲I. Og,氮源硫酸銨O. Ig,添加KH2PO4O. 005%, MgSO4. 7H20 O. 025%等無(wú)機(jī)鹽，接入一定量的米根霉孢子，在恒溫振蕩器中靜置發(fā)酵，發(fā)酵液PH值通過(guò)加入經(jīng)滅菌的碳酸鈣控制為5. 2，分別在不同時(shí)間取樣，測(cè)定還原糖與乳酸含量。2.步驟I里的纖維素酶曲來(lái)自于里氏木霉與黑曲霉的固態(tài)發(fā)酵，纖維素濾紙酶活約為 280. 26U/g。 3.步驟I所述稻草粉均來(lái)自于水稻秸桿。4.步驟I中的發(fā)酵溫度和酶解溫度均為40°C。5.纖維素酶和米根霉之間是有協(xié)同作用的，為了更好的發(fā)揮這種協(xié)同作用，研究在同步糖化乳酸發(fā)酵過(guò)程中纖維素酶和米根霉五種不同的添加時(shí)間對(duì)乳酸生成量的影響A、先加纖維素酶曲8h再添加米根霉；B、先加纖維素酶曲6h再添加米根霉；C、先加纖維素酶曲4h再添加米根霉；D、先加纖維素酶曲2h再添加米根霉；E、同時(shí)添加纖維素酶曲米根
霉O6.在發(fā)酵培養(yǎng)基其他條件相同的情況下，將米根霉分別按1%，4%，8%, 12%，16%的接種量接種入發(fā)酵培養(yǎng)基中。7.在步驟1-4及步驟5、步驟6最優(yōu)的條件下，發(fā)酵時(shí)間控制在乳酸含量最高的時(shí)間點(diǎn)。


圖I米根霉與酶曲對(duì)發(fā)酵溫度對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響。圖2米根霉與酶曲添加時(shí)間不同對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響。圖3米根霉接種量對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響。圖4米根霉與酶曲發(fā)酵時(shí)間對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，但對(duì)本發(fā)明沒(méi)有限制。本發(fā)明所用的米根霉iRhizopus oryzae)菌株購(gòu)買自上海丹曦化工科技有限公司，菌株號(hào)為40281。實(shí)施例I
本實(shí)施例說(shuō)明發(fā)酵溫度對(duì)同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響，米根霉發(fā)酵溫度與酶解溫度不一定相同，因此同時(shí)糖化發(fā)酵過(guò)程中，在其他條件相同的情況下，探討發(fā)酵溫度對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響。發(fā)酵溫度分布控制在35°C，40°C，45°C，50°C，55°C。從圖I可以看出，米根霉與酶曲發(fā)酵溫度為40°C時(shí)，乳酸含量達(dá)到最高，米根霉發(fā)酵的最適宜溫度為40°C，溫度高于40°C，會(huì)影響米根霉的發(fā)酵能力，隨著溫度的上升，乳酸產(chǎn)量急劇降低。實(shí)施例2
本實(shí)施例說(shuō)明米根霉與纖維素酶的添加時(shí)間對(duì)同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響，纖維素酶和米根霉之間是有協(xié)同作用的，為了更好的發(fā)揮這種協(xié)同作用，研究在同步糖化乳酸發(fā)酵過(guò)程中纖維素酶和米根霉五種不同的添加時(shí)間對(duì)乳酸生成量的影響A、先加纖維素酶曲8h再添加米根霉；B、先加纖維素酶曲6h再添加米根霉；C、先加纖維素酶曲4h再添加米根霉；D、先加纖維素酶曲2h再添加米根霉；E、同時(shí)添加纖維素酶曲與米根霉。由圖2可以看出，同時(shí)添加纖維素酶曲與米根霉效果最好，乳酸產(chǎn)量隨著先加酶曲時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。實(shí)施例3本實(shí)施例說(shuō)明接種量對(duì)同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響，在發(fā)酵培養(yǎng)基其他條件相同的情況下，將米根霉分別按1%，4%，8%，12%，16%的接種量接種入發(fā)酵培養(yǎng)基中。用CaCO3調(diào)整pH值，得到乳酸曲線(見(jiàn)圖3)。接種量的多少直接影響微生物的增加速度，在一定范圍內(nèi)，接種量越大，微生物進(jìn)入對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期越短，微生物繁殖的速度越快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接種量低于12%時(shí)乳酸產(chǎn)量低，這是由于接種量較低，菌體生長(zhǎng)緩慢，不利于產(chǎn)物的生成。而接種量高于12%時(shí)乳酸產(chǎn)量幾乎沒(méi)有提高。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，確定接種量為12%。實(shí)施例4
本實(shí)施例說(shuō)明發(fā)酵時(shí)間對(duì)同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響，在實(shí)施例I中米根霉與酶曲發(fā) 酵溫度為40°C，在實(shí)施例2的米根霉與纖維素酶的最佳添加時(shí)間及實(shí)施例3的最佳接種量12%的條件下，發(fā)酵時(shí)間控制在乳酸含量最高的時(shí)間點(diǎn)。發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的積累有很大的影響，發(fā)酵時(shí)間不充分往往導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物達(dá)不到最高值；發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不但會(huì)延長(zhǎng)發(fā)酵周期，降低設(shè)備利用率，有時(shí)甚至引起已經(jīng)積累在發(fā)酵液中的產(chǎn)物降解，為此在米根霉最適營(yíng)養(yǎng)條件和35°C的發(fā)酵溫度下，對(duì)本類型的乳酸發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出乳酸的含量在120h達(dá)到最聞后，隨著時(shí)間的增減，乳酸含量減少。
權(quán)利要求
1.ー種利用米根霉同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的方法，其特征在于，在250ml搖瓶中配制50ml，加入6g稻草粉，固態(tài)發(fā)酵的纖維素酶曲I. 0g，氮源硫酸銨0. lg，添加KH2PO4 0. 005%,MgSO4. 7H20 0. 025%等無(wú)機(jī)鹽，接入一定量的米根霉孢子，在恒溫振蕩器中靜置發(fā)酵。
2.權(quán)利I所述的方法，其特征在于發(fā)酵液pH值通過(guò)加入經(jīng)滅菌的碳酸鈣控制為5.2。
3.權(quán)利I所述的方法，其特征在于，纖維素酶曲來(lái)自于里氏木霉與黑曲霉的固態(tài)發(fā)酵，纖維素濾紙酶活約為280. 26U/g。
4.權(quán)利I或權(quán)利2所述的方法，其特征在于，發(fā)酵溫度和酶解溫度均為40°C。
5.權(quán)利I所述的方法，其特征在于稻草粉來(lái)自于水稻秸桿。
6.權(quán)利I所述的方法，其特征在于同時(shí)添加纖維素酶曲米根霉。
7.權(quán)利I所述的方法，其特征在于米根霉接種量為12%。
8.權(quán)利I所述的方法，其特征在于發(fā)酵時(shí)間控制在120h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用米根霉同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的方法，同步糖化發(fā)酵的酶解溫度為40℃，比分步糖化溫度(50℃)低的情況下進(jìn)行的，說(shuō)明采用同步糖化發(fā)酵過(guò)程可以提高纖維素的轉(zhuǎn)化率，消除產(chǎn)物抑制。從操作及設(shè)備來(lái)看，簡(jiǎn)化了操作工藝，減少了染菌機(jī)會(huì)。由于只需要一個(gè)反應(yīng)器，節(jié)省了設(shè)備投資。
文檔編號(hào)C12R1/845GK102776248SQ201210104598
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者張斌 申請(qǐng)人:蘇州百趣食品有限公司