本发明涉及利用秸秆浸提液提高微生物培养及发酵效率的方法属于发酵技术领域。
背景技术：
微生物培养（microculture)是生物培养的中的一种。所培养的微生物主要有、细菌、放线菌、真菌、酵母等。微生物培养需要用到培养基，根据微生物的不同种类和生活习性来配制特定的培养基。培养基的优劣在很大程度上决定着发酵产品的成本。通过改变培养基成分，提高微生物的培养效率及发酵效率是一种降低发酵成本的有效方法。
秸秆是农作物，及其加工生产后的废弃物。最有代表性的秸秆生物质为水稻、玉米，小麦等。这些生物质中含有丰富的纤维素，半纤维素及木质素。有效地转化秸秆为能源、材料和化学品,不仅可以减少人类对石油的依赖,还可以减少二氧化碳排放,从而减少环境负荷。
目前，利用秸秆作为原料，发酵生产能源、材料和化学品的研究颇多。秸秆生物质的生物转化需经过预处理，水解，发酵和分离四个过程。秸秆的主要成分为纤维素，半纤维素和木质素。由于木质素的存在和复杂的立体结构，为了提高糖化和发酵的效率，废弃物的预处理是必不可少的。秸秆的预处理方法以酸、碱、水热法居多。通过这些方法在除去部分木质素的同时，可部分水解纤维素和半纤维素，从而提高水解的效率。只是这些方法的反应条件苛刻，在破坏木质素的同时会产生发酵抑制物，影响后续的发酵效率。到目前为止，还没有秸秆生物质可以促进微生物生长，提高发酵效率的报道。
在本发明中，我们发现物理研磨虽然能耗偏高，但在水、酸、碱及有机溶剂处理下，秸秆生物质可释放出大量的多酚及多糖。这种含有多酚及多糖的浸提液可促进微生物生长，提高发酵效率。如米根霉发酵生产乳酸的工艺中，米根霉生长缓慢，发酵效率低是工艺的主要问题。在本发明中，我们利用秸秆浸提液前培养米根霉或直接作为发酵培养基组分能有效地缩短了米根霉的诱导期，比空白实验提前消耗完葡萄糖，得到了更高浓度的乳酸。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种促进微生物生长及提高发酵效率的方法。
为实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：
本发明是一种利用秸秆浸提液提高微生物培养效率及发酵效率的方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a，粉碎秸秆生物质至粒径小于2mm；所述的秸秆为水稻、玉米或小麦秸秆；
粉碎方法为球磨或盘式湿磨；
b，把步骤a的秸秆生物质置入水溶液；即酸溶液；或碱溶液；或乙醇、或丙酮中震荡；
c，步骤b的反应结束后，离心取上清液；即为秸秆浸提液；所述反应的温度为10-180℃；
d，把上述步骤c得到的上清液即秸秆浸提液加入至培养基中；所述上清液与培养基的体积比为1：（1-20）；
e，利用步骤d所制得的加有秸秆浸提液的培养基作为直接发酵培养基；或用作前培养微生物，待用；
f，利用上述步骤e中得到的前培养微生物进行生产发酵；所述的微生物为米根霉菌、或酵母菌、或放线菌。
本发明的有益效果在于：
在简单处理秸秆生物质后，我们可以得到含有多酚、多糖等多种可以促进微生物生长的生长因素的浸提液。利用这种浸提液，微生物的生长可以得到很大地促进。同时发酵效率液得到很大地提高。本发明还具有工艺简单、可操作性强和具有一定经济效益的优点。
附图说明
图1是本发明中关于水稻浸提液在米根霉菌体生长中的作用。
图2是本发明中关于添加不同浓度秸秆浸提液对米根霉发酵的影响。
图3是本发明中关于利用含有10%浓度浸提液的培养基作前培养24h后的发酵情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
本发明实施例的具体过程和步骤如下所述。
a，粉碎秸秆生物质至粒径小于2mm；所述的秸秆为水稻、玉米或小麦秸秆；
粉碎方法为球磨或盘式湿磨；
b，把步骤a的秸秆生物质置入水溶液；即酸溶液；或碱溶液；或乙醇、或丙酮中震荡；
c，步骤b的反应结束后，离心取上清液；即为秸秆浸提液；所述反应的温度为10-180℃；
d，把上述步骤c得到的上清液即秸秆浸提液加入至培养基中；所述上清液与培养基的体积比为1：（1-20）；
e，利用步骤d所制得的加有秸秆浸提液的培养基作为直接发酵培养基；或用作前培养微生物，待用；
f，利用上述步骤e中得到的前培养微生物进行生产发酵；所述的微生物为米根霉菌、或酵母菌、或放线菌。（所述的微生物为米根霉菌）
有关本发明的各项试验如下：
实验1水稻秸秆浸提液对米根霉生长的促进作用
实验方法：在本研究中，水稻浸提液作为米根霉生长促进物质添加到培养基中。米根霉发酵条件为37℃、150rpm、初始孢子浓度为105个/ml。培养基组分为20g/L葡萄糖，0.125g/L(NH4)2SO4,0.6g/LKH2PO4,0.25g/LMgSO47H2O，2g/L酵母粉。秸秆浸提液添加量为10%（V/V）。在本研究中使用的秸秆浸提液为球磨的粉末浸提所得。球磨条件为罐体中加入10g粗磨物料，运行10min、停5min、重复15次。浸提条件为取10g球磨后的粉末加100ml水、60℃、150rpm、1h，取上清液即秸秆浸提液。
实验结果：如图1所示，当发酵液中存在浸提液时，米根霉的生长被促进。取培养10小时、20小时、24小时数据测定菌体干重，含10%浸提液的培养基中的菌体干重始终大于不含浸提液的普通培养基。由此，我们认为秸秆浸提液对于米根霉菌体生长有明显促进作用。
实施例2发酵培养基中添加不同浓度秸秆浸提液实验
实验方法：在本研究中，米根霉被应用为乳酸生产菌。米根霉条件为37℃、150rpm、初始孢子浓度为105个/ml。培养基组分为50g/L葡萄糖，0.125g/L(NH4)2SO4,0.6g/LKH2PO4,0.25g/LMgSO47H2O，2g/L酵母粉。秸秆浸提液添加量为0.1%、7.5%、10%、50%（V/V）。采用液相色谱仪测定乳酸、乙醇和葡萄糖浓度。采用的检测仪器设备为RI检测器，色谱柱为AminexHPX-87Hcolumn(7.8mmI.D.×30cm,Bio-Rad,USA)。柱箱温度65℃，流动相为5mMH2SO4，流速为0.6ml/min。
实验结果：如图2所示，在培养基中添加秸秆浸提液后，0.1%、7.5%、10%三个浓度中的葡萄糖利用速率较空白明显加快，36h即完全消耗葡萄糖，比空白提前12h（a）。其乳酸生产速率也显著高于空白，其最终乳酸产量与空白接近(b)。
由此，我们认为在发酵培养基中添加合适浓度的秸秆浸提液对米根霉生产发酵能起到明显的促进作用，这有利于提高米根霉的生产发酵效率。但同时秸秆浸提液的添加浓度存在一定范围，需合理把握。
实验3加有10%秸秆浸提液的前培养24h与不含浸提液的前培养两者的比较
实验方法：在本研究中，米根霉被应用为乳酸生产菌。米根霉前培养条件为37℃、150rpm、初始孢子浓度为104个/ml。培养基组分为20g/L葡萄糖，0.125g/L(NH4)2SO4,0.6g/LKH2PO4,0.25g/LMgSO47H2O，2g/L酵母粉。秸秆浸提液添加量为10%（V/V）。前培养24小时后将菌体移出培养基并用生理盐水洗净菌体表面残留培养基后放入起始葡萄糖浓度为100g/L的发酵培养基。采用液相色谱仪测定乳酸、乙醇和葡萄糖浓度。采用的检测仪器设备为RI检测器，色谱柱为AminexHPX-87Hcolumn(7.8mmI.D.×30cm,Bio-Rad,USA)。柱箱温度65℃，流动相为5mMH2SO4，流速为0.6ml/min。
实验结果：如图3所示，经过含10%浸提液前培养的米根霉利用葡萄糖的速率远高于正常培养基；消耗利用完相同质量的葡萄糖时，含10%浸提液经前培养后的米根霉较使用正常一般培养基经前培养的米根霉可提前约24小时。同时其产乳酸效率也高于正常一般培养基。利用含10%浸提液的培养基作为发酵生产时的前培养的培养基组分，能起到缩短发酵反应时间，提高发酵生产效率的目的。由此，我们认为在发酵生产时，可以通过在前培养的培养基中添加水稻浸提液作为提高发酵生产效率的方法。