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)中有一個不對稱碳原子，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。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，國內(nèi)外對乳酸生產(chǎn)的研究，主要集中在低價原料的開發(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)酵是指在沒有自由水(或游離水)的存在下，微生物在固態(tài)底物上生長的過程，因此懸浮在液體中固態(tài)顆粒或不溶性顆粒的發(fā)酵不屬于此范疇，固態(tài)發(fā)酵過程需要水的存在，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。對水的吸附能力是固態(tài)物料的一個基本性質(zhì)，不同物料不出現(xiàn)游離水時的吸水?dāng)?shù)量是不同的。對于大多數(shù)基質(zhì)來說水分在達(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)則是指在一個反應(yīng)容器中同時進(jìn)行幾個反應(yīng)，通常是將酶解糖化過程與發(fā)酵過程結(jié)合起來進(jìn)行，成為同步糖化發(fā)酵工藝。SSF過程可將傳統(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)酵時間，省略了酶回收的環(huán)節(jié)。對提高底物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物生成速率，簡化生產(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)乳酸的原來而言，目前一般是采用高價的葡萄糖或淀粉，而高價格的原料無法生產(chǎn)出低成本的產(chǎn)品，因此，對廉價易得的植物纖維素的開發(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，通過采用同步糖化發(fā)酵過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)備來看，簡化了操作工藝，減少了染菌機(jī)會。由于只需要一個反應(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值通過加入經(jīng)滅菌的碳酸鈣控制為5. 2，分別在不同時間取樣，測定還原糖與乳酸含量。2.步驟I里的纖維素酶曲來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)酵過程中纖維素酶和米根霉五種不同的添加時間對乳酸生成量的影響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)酵時間控制在乳酸含量最高的時間點(diǎn)。


圖I米根霉與酶曲對發(fā)酵溫度對乳酸產(chǎn)量的影響。圖2米根霉與酶曲添加時間不同對乳酸產(chǎn)量的影響。圖3米根霉接種量對乳酸產(chǎn)量的影響。圖4米根霉與酶曲發(fā)酵時間對乳酸產(chǎn)量的影響。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但對本發(fā)明沒有限制。本發(fā)明所用的米根霉iRhizopus oryzae)菌株購買自上海丹曦化工科技有限公司，菌株號為40281。實(shí)施例I
本實(shí)施例說明發(fā)酵溫度對同步糖化發(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，因此同時糖化發(fā)酵過程中，在其他條件相同的情況下，探討發(fā)酵溫度對乳酸產(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，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)施例說明米根霉與纖維素酶的添加時間對同步糖化發(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)酵過程中纖維素酶和米根霉五種不同的添加時間對乳酸生成量的影響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、同時添加纖維素酶曲與米根霉。由圖2可以看出，同時添加纖維素酶曲與米根霉效果最好，乳酸產(chǎn)量隨著先加酶曲時間的延長而下降。實(shí)施例3本實(shí)施例說明接種量對同步糖化發(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)入對數(shù)增長期越短，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%時乳酸產(chǎn)量低，這是由于接種量較低，菌體生長緩慢，不利于產(chǎn)物的生成。而接種量高于12%時乳酸產(chǎn)量幾乎沒有提高。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，確定接種量為12%。實(shí)施例4
本實(shí)施例說明發(fā)酵時間對同步糖化發(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間及實(shí)施例3的最佳接種量12%的條件下，發(fā)酵時間控制在乳酸含量最高的時間點(diǎn)。發(fā)酵時間對發(fā)酵產(chǎn)物的積累有很大的影響，發(fā)酵時間不充分往往導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物達(dá)不到最高值；發(fā)酵時間過長不但會延長發(fā)酵周期，降低設(shè)備利用率，有時甚至引起已經(jīng)積累在發(fā)酵液中的產(chǎn)物降解，為此在米根霉最適營養(yǎng)條件和35°C的發(fā)酵溫度下，對本類型的乳酸發(fā)酵時間進(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自于水稻秸桿。
6.權(quán)利I所述的方法，其特征在于同時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，說明采用同步糖化發(fā)酵過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)備來看，簡化了操作工藝，減少了染菌機(jī)會。由于只需要一個反應(yīng)器，節(jié)省了設(shè)備投資。
文檔編號C12R1/845GK102776248SQ201210104598
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者張斌 申請人:蘇州百趣食品有限公司