一种基于产乳酸片球菌素的乳酸菌的开放式乳酸生产方法与流程

本发明涉及木质纤维素生物炼制领域，是一种基于产乳酸片球菌素的乳酸菌的开放式乳酸生产方法。

背景技术：

L-乳酸是非常重要的大宗化学品，广泛应用于食品、药品、防治、环保等行业中。目前最重要的用途是用于合成环保型的可降解塑料-聚乳酸(Polymeric lactic acid,PLA)。全球大约90％以上的乳酸是通过微生物发酵生产的，但微生物发酵生产乳酸的成本较高，主要体现在两个方面：第一，高的淀粉或糖类底物，约占乳酸产品生产成本的70％；第二，高的操作成本，包括灭菌操作和后期的分离纯化成本。

为了提高乳酸生产过程的经济性，利用丰富、廉价的木质纤维素原料替代淀粉等粮食原料是一种非常有效的手段。而对于第二个方面，开放式乳酸发酵是降低乳酸生产过程能耗和生产成本的有效策略，目前已经受到越来越多研究人员的关注和重视。但是，当前开放式的乳酸发酵大多是基于耐高温乳酸发酵微生物能够在较高温度条件下正常生长发酵，而高温同时又能抑制杂菌微生物生长的机理进行的。例如，利用耐高温的凝结芽孢杆菌Bacillus coagulans在温度为50℃的条件下进行开放式的乳酸发酵是目前最常用的方法。但是这种方法通常都是以糖质或淀粉类原料为底物，而复杂的纤维素底物还没有进行验证过。此外，凝结芽孢杆菌的发酵最适pH值为7.0左右，这与纤维素酶的最适酶解pH值4.8差别较大。基于此，以木质纤维素为底物，利用耐高温的凝结芽孢杆菌生产乳酸时只能采用分布糖化与发酵的工艺，而不能采用当前主流的同步糖化与发酵工艺。这必将大幅增加纤维素乳酸 生产过程的操作复杂性和生产成本。因此，以木质纤维素为底物进行乳酸发酵生产，必须开发一种新的开放式发酵工艺方法，来降低纤维素乳酸的生产过程复杂性和生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有开放式乳酸发酵工艺不适用于木质纤维素同步糖化与发酵的不足。本方法可以大幅降低木质纤维素同步糖化与发酵生产乳酸过程的成本，尤其是发酵反应器、发酵用营养物、木质纤维素底物等物品的灭菌能耗，而且发酵过程中不用维持无菌状态，从而大大降低了过程的操作复杂性，在保证木质纤维素转化为乳酸得率不变的条件下，大幅降低纤维素乳酸的生产成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于产乳酸片球菌素的乳酸菌的开放式乳酸生产方法，其特征在于，具体步骤为，(1)对木质纤维素原料进行预处理；(2)脱除木质纤维素预处理过程中产生的抑制物；(3)无需对木质纤维素原料、发酵反应器、发酵用营养物进行灭菌，直接向发酵反应器中加入纤维素酶、木质纤维素原料和乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112(CGMCC 8664)进行同步糖化与发酵或分步糖化与发酵生产L-乳酸，乳酸生产过程中不需保持无菌状态。

本发明所用乳酸菌为乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112,CGMCCNo.8664；该乳酸片球菌的保藏单位是中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(CGMCC)；保藏单位地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏日期为2013年12月31日，由华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室生物能源与生物炼制实验室培养制得。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明适用于木质纤维素原料进行开放式同步糖化与发酵生产L-乳酸。

2、本发明可以大幅降低乳酸发酵过程中用于消毒和灭菌的成本。

【附图说明】

图1.实施方式130％固体含量下玉米秸秆同步糖化与发酵生产乳酸的过程曲线

图2.实施方式230％固体含量下玉米秸秆开放式同步糖化与发酵生产乳酸的过程曲线

【具体实施方式】

本发明的生产工艺包括：一种基于产乳酸片球菌素的乳酸菌的开放式乳酸生产方法，其特征在于，具体步骤为，(1)对木质纤维素原料进行预处理；(2)脱除木质纤维素预处理过程中产生的抑制物；(3)无需对木质纤维素原料、发酵反应器、发酵用营养物进行灭菌，直接向发酵反应器中加入纤维素酶、木质纤维素原料和乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112(CGMCC 8664)进行同步糖化与发酵或分步糖化与发酵生产L-乳酸，乳酸生产过程中不需保持无菌状态。

实施例1

将玉米秸秆进行干法稀酸预处理，预处理条件为：秸秆固体和稀硫酸的固液比2:1(质量比)，硫酸用量2.5g/100g秸秆，175℃，50rpm处理5分钟，预处理后秸秆固体含量为50％左右；将预处理后的秸秆进行固态生物脱毒，脱毒条件为接种量10％(体积比，脱毒菌种为Amorphotheca resinae ZN1)，28℃，5天，脱毒后预处理秸秆中糠醛、羟甲基糠醛、乙酸等抑制物含量均低于0.5g/L。将脱毒后的玉米秸秆，发酵用营养盐、发酵罐都进行灭菌操作，然后将脱毒后的秸秆放入带有螺带搅拌桨的5升反应器中进行预酶解，操作条件为固体含量30％(质量比)，50℃，纤维素酶用量15FPU/g干固体，pH值为4.8，150rpm，液化6小时；然后将温度降至42℃，加入发酵用营养物，以10％(体积比)的接种量接入乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112，进行同步糖化与乳酸发酵同步糖化与发酵66小时。严格保证同步糖化与发酵过程中体系的无菌性，L-乳酸浓度可达97.13g/L。

实施例2

将玉米秸秆进行干法稀酸预处理，预处理条件为：秸秆固体和稀硫酸的固液比2:1(质量比)，硫酸用量2.5g/100g秸秆，175℃，50rpm处理5分钟，预处理后秸秆固体含量为50％左右；将预处理后的秸秆进行固态生物脱毒，脱毒条件为接种量10％(体积比，脱毒菌种为Amorphotheca resinae ZN1)，28℃，5天，脱毒后预处理秸秆中糠醛、羟甲基糠醛、乙酸等抑制物含量均低于0.5g/L。不用对脱毒后的玉米秸秆、发酵用营养盐、发酵罐等进行灭菌操作，然后将脱毒后的秸秆放入带有螺带搅拌桨的5升反应器中进行预酶解，操作条件为固体含量30％(质量比)，50℃，纤维素酶用量15FPU/g干固体，pH值为4.8，150rpm，液化6小时；然后将温度降至42℃，加入发酵用营养物，以10％(体积比)的接种量接入乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112，进行同步糖化与乳酸发酵同步糖化与发酵66小时。同步糖化与发酵过程中无需控制体系为无菌状态。L-乳酸浓度可达97.34g/L，纤维素的转化率可以达到69.38％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。