專利名稱：一種利用乳桿菌發(fā)酵豆粕水解液制備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，具體涉及一種利用乳桿菌發(fā)酵豆柏水解液制備L-乳酸的方法。
背景技術(shù)：
乳酸(lactic acid)又名二羥基丙酸，是一種傳統(tǒng)的多用途精細化學(xué)品，乳酸可作為酸味劑、芳香劑、防腐劑、植物生長調(diào)節(jié)劑、生物可降解性材料、藥物和農(nóng)藥等，應(yīng)用于食品、制藥、釀造、制革、紡織、環(huán)保和農(nóng)業(yè)中。隨著對乳酸研究利用的不斷深入，以乳酸為原料制取聚乳酸(PLA)，作為高強度、熱塑性的生物可降解材料引起世界各國的廣泛重視，被認(rèn)為是最具發(fā)展前途的生物可降解高分子材料之一。 乳酸以其更廣泛的用途和更高的安全性，成為國內(nèi)外乳酸行業(yè)的研究熱點，但成本過高仍然是制約L-乳酸應(yīng)用的主要因素。發(fā)酵法生產(chǎn)L-乳酸的菌種主要有細菌和根霉兩類，與根霉相比，雖然細菌乳酸發(fā)酵營養(yǎng)要求較復(fù)雜，但其大多屬于厭氧或微耗氧發(fā)酵，動力消耗小，產(chǎn)酸量高，糖酸理論轉(zhuǎn)化率可達100%，更有利于降低成本。目前文獻報道細菌乳酸發(fā)酵的較高水平有天津大學(xué)白冬梅等分別采用分批發(fā)酵和流加發(fā)酵進行實驗，分批發(fā)酵周期174 h，L-乳酸產(chǎn)量達到217 g/L，流加發(fā)酵周期96 h，L-乳酸產(chǎn)量達到210 g/L ；Anuradha等人采用同時糖化發(fā)酵技術(shù)(SSF)，以250 g/L淀粉為底物發(fā)酵100 h產(chǎn)乳酸
189g/L ；Jong. Sun Yun等人采用分批發(fā)酵，以200 g/L葡萄糖為碳源，添加適量酵母粉，發(fā)酵50 h產(chǎn)乳酸185 g/L。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用乳桿菌發(fā)酵豆柏水解液制備L-乳酸的方法，本發(fā)明以乳桿菌為出發(fā)菌株，以豆柏水解液發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸進行研究。本發(fā)明考察了種齡、接種量、溫度和不同pH調(diào)節(jié)劑對乳酸發(fā)酵的影響。I. 一種利用乳桿菌發(fā)酵豆柏水解液制備L-乳酸的方法，其特征在于發(fā)酵時，2 L發(fā)酵罐裝入1.8 L發(fā)酵培養(yǎng)基，接入一定量的一定種齡的種子液，在一定溫度下間歇攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速200 r/min。2.其中，發(fā)酵培養(yǎng)基的配制方法為工業(yè)葡萄糖200 g/L,自制豆柏水解液200 g/L，玉米漿25 g/L, 100 g/L輕質(zhì)碳酸鈣，或通過流加10%氨水、10 mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH。3.種子液的培養(yǎng)方法為三角瓶裝液量100 mL/250 mL，42°C靜置培養(yǎng)。4.種子培養(yǎng)基(g/L):葡萄糖40，蛋白胨20，酵母膏10，硫酸銨5，磷酸二氫鉀1，碳酸鈣15。5.豆柏水解液的制備方法為稱取適量豆柏，加入5倍質(zhì)量的2%硫酸，95°C水浴加熱20 h。6.最佳種齡為12 h7.最佳接種量為18%。8.最佳發(fā)酵溫度為40°C。9.最佳pH調(diào)節(jié)劑為CaC03。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用一株乳桿菌分批發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸，獲得了較高的L-乳酸濃度。


圖I種子培養(yǎng)時間對發(fā)酵過程的影響。圖2接種量對發(fā)酵過程的影響。
圖3培養(yǎng)溫度對發(fā)酵過程的影響。圖4不同pH調(diào)節(jié)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)明所用的菌株為乳桿菌，購買于ACCC，編號為ACCC10183。實施例I
本實施案例說明種子培養(yǎng)時間對發(fā)酵過程的影響，選擇8、12、16、20、24 h 5個不同的種子培養(yǎng)時間，其它條件完全相同，發(fā)酵72 h，測定乳酸、殘?zhí)恰⒕w濃度(OD62tl),結(jié)果如圖I所示。由圖I可知，種齡12 h，發(fā)酵液中乳酸含量最高。種齡大于12 h所得菌體量逐漸下降。殘?zhí)窃诜N齡12 h達到最小值，減少或增加種齡殘?zhí)嵌加兴黾?。此時菌體活性較高，所得菌體量接近最大值。因此最佳種齡為12 h
實施例2
本實施案例說明接種量對發(fā)酵過程的影響，發(fā)酵過程中采用較大的接種量可以縮短延遲期；但接種量過大會帶入過多代謝廢物。為了確定最佳接種量，選取了 6%、12%、18%、24%,30%、36% 6個不同的接種量水平，其它條件完全相同，發(fā)酵時間72 h，檢測乳酸、殘?zhí)?、菌體濃度(OD62tl),結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著接種量的增加，菌體量基本呈遞增的趨勢，接種量小于24%，菌體量增勢緩慢；接種量大于24%，菌體量增勢加快。而接種量為18%時發(fā)酵液中乳酸含量達到最大值；接種量大于18%，乳酸含量有所降低。加大接種量可以促進菌體生長，但并不能使發(fā)酵液的乳酸含量的增長，反而對乳酸的產(chǎn)生有所抑制。由此可知，最佳接種量為18%。實施例3
本實施案例說明培養(yǎng)溫度對發(fā)酵過程的影響，實驗中選取30、35、40、45、50°C 5個不同溫度發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束檢測L-乳酸、殘?zhí)呛途w濃度(OD62tl)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，乳桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的最適溫度是40°C，此時，L-乳酸含量達到約200 g/L，菌體量亦達到最大值，殘?zhí)呛孔畹汀嵤├?
本實施案例說明不同PH調(diào)節(jié)劑對發(fā)酵過程的影響，乳酸發(fā)酵過程中，隨著乳酸的產(chǎn)生，發(fā)酵液PH不斷下降，最終會抑制菌體生長和乳酸的進一步積累，為此需要加入酸中和齊U。本試驗在2 L發(fā)酵罐中分別采用氨水、氫氧化鈉和碳酸鈣作為pH調(diào)節(jié)劑，使發(fā)酵液pH穩(wěn)定在6. O左右，考察其對發(fā)酵過程的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，在菌體量增值方面，以氫氧化鈉為酸中和劑時，菌體增值量較低，后期還有所下降；以氨水為PH調(diào)節(jié)劑時菌體增值量較高且很快，達到最大值后有所下降；以碳酸鈣為PH調(diào)節(jié)劑時，菌體增值量相對最大，且達到最大值后下降不多。糖的消耗方面，流加氫氧化鈉時，殘?zhí)墙抵?4 g/L便不再降低，說明以氫氧化鈉作為pH調(diào)節(jié)劑時菌體活性較低，從而使產(chǎn)酸量降低；流加氨水時殘?zhí)强山抵两咏悖彼咕赀^快生長，同樣不利于產(chǎn)酸；以碳酸鈣為酸中和劑，當(dāng)殘?zhí)墙抵亮銜r，L-乳酸仍有上升趨勢，因此補加少量葡萄糖，發(fā)酵結(jié)束時L-乳酸生產(chǎn)速率還保持在較高的水平。實驗結(jié)果表明，碳酸鈣更適于作為 發(fā)酵過程的PH調(diào)節(jié)劑。
權(quán)利要求
1.一種利用乳桿菌發(fā)酵豆柏水解液制備L-乳酸的方法，其特征在于發(fā)酵時，2 L發(fā)酵罐裝入I. 8 L發(fā)酵培養(yǎng)基，接入一定量的一定種齡的種子液，在一定溫度下間歇攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 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)基的配制方法為工業(yè)葡萄糖200 g/L，自制豆柏水解液200 g/L，玉米漿25 g/L, 100 g/L輕質(zhì)碳酸鈣，或通過流加10%氨水、10 mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH。
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)方法為三角瓶裝液量100mL/250 mL，42°C靜置培養(yǎng)。
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)基葡萄糖40g/L，蛋白胨20g/L，酵母膏10 g/L,硫酸銨5 g/L,磷酸二氫鉀I g/L,碳酸I丐15 g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，豆柏水解液的制備方法為稱取適量豆柏，加入5倍質(zhì)量的2%硫酸，95°C水浴加熱20 h。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，種齡為12h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，接種量為18%。
8.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。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于pH調(diào)節(jié)劑為CaC03。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用乳桿菌發(fā)酵豆粕水解液制備L-乳酸的方法，本發(fā)明以乳桿菌為出發(fā)菌株，以豆粕水解液發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸進行研究。本發(fā)明考察了種齡、接種量、溫度和不同pH調(diào)節(jié)劑對乳酸發(fā)酵的影響。
文檔編號C12R1/225GK102719493SQ20121025304
公開日2012年10月10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