本发明涉及抗生素发酵菌渣再利用技术领域，具体涉及一种将阿维菌渣转化为乳酸乳球菌素的方法及其培养基。
背景技术：
阿维菌素是一种十六元大环内酯化合物，是一种杀虫杀螨生物农药。1975年，由日本北里研究所(Kitasato Institute)的大村智从阿维链霉菌中分离得到的。与大多数杀虫剂不同的是，阿维菌素的作用机制是干扰害虫神经生理活动，刺激释放γ-氨基丁酸从而抑制节肢动物的神经传导，但对脊椎动物无害。由于其具有高效、广谱、安全、残留少等杀虫特点，现如今已在农业、畜牧业以及医学上有广泛应用。
阿维菌渣是在阿维菌素生产过程中提取出阿维菌素后剩下的物质，其主要成分包括阿维菌素生产菌种的菌丝体、极少量的未利用完的培养基、微量的阿维菌素以及在提取过程中加入的固体介质等。截止2014年3月止，我国有16家企业生产阿维菌素原药，原料产能占国际市场的100％。不完全统计，国内阿维菌素每年的总产量约为5500吨。以内蒙古新威远生物化工有限公司为例，该公司阿维菌素的年产量达300吨以上，而其阿维菌渣每年的排放量达2500吨之多。由此可粗略估算出阿维菌素与阿维菌渣在生产中比例约为1:8。以此比例进行保守估计，我国每年产出的阿维菌渣达4.4万吨。菌渣中含有大量的有机废弃物。以内蒙古新威远生物化工有限公司生产所得的阿维菌渣为例，按照相应的国家标准方法(GB5009.5-2010、GB/T15672-2009和GB/T6433-2006)测定，其中干基中粗蛋白的含量为33.89％，总糖含量为29.17％，脂肪含量为6.20％，珍珠岩含量为12％，活性炭含量为0.6％，其他18.14％。由此可见，阿维菌渣中含有大量的碳水化合物、蛋白质和脂类等可被二次利用的生物质。然而，依据我国2008版和2016版修订后的《国家危险废物名录》，阿维菌渣属于一类抗生素菌渣，明确禁止用作饲料或饲料添加剂。目前，对于内蒙古新威远生物化工有限公司来说，阿维菌渣唯一的处理方式就是焚烧碳化处理，并且是出资请专业公司进行焚烧。这种处理方式不仅增加了阿维菌素生产企业的成本，同时造成了生物质资源的浪费，也增加了碳排放和大气的污染。
Nisin，又名乳酸乳球菌素，是由34个氨基酸残基组成的小分子多肽，由乳酸乳球菌产生。由于其对大部分革兰氏阳性菌有高效抑制的作用，且被食用后能在消化道里迅速被降解成氨基酸，对人体安全无毒，是国家唯一允许用于食品工业的生物食品防腐剂。Nisin的生产需要丰富的营养，尤其对氨基酸或蛋白质的需求量更大。阿维菌渣干基中不仅蛋白质含量丰富，且含有的大量的糖分，而这些都是乳酸乳球菌生产nisin必不可少的营养物质。如果能把阿维菌渣利用乳酸乳球菌转化成高附加值的nisin，不仅能实现对阿维菌渣的再利用，，而且还能大幅增加阿维菌素生产企业的经济效益。那么，如何实现阿维菌渣的再利用，如何将阿维菌渣转化成高附加值的物质，实现变废为宝，降低生产成本，从而大幅增加阿维菌素生产企业的经济效益，成为了一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种将阿维菌渣转化为乳酸乳球菌素的方法及其培养基，以解决阿维菌渣对环境的污染问题，实现阿维菌渣的再利用，同时为乳酸乳球菌素的生产提供原料来源，实现阿维菌渣的再资源化和高值化转化，降低生产成本，提高经济效益。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种培养基，包括阿维菌渣。需要说明的是，阿维链霉菌发酵生产阿维菌素过程中，提取产物阿维菌素后，剩余的物质为阿维菌渣；阿维菌渣主要成分是阿维菌素生产菌种的菌丝体，即阿维链霉菌的菌丝体，阿维菌渣还包括极少量的未利用完的培养基、微量的阿维菌素和在提取过程中加入的固体介质。阿维菌渣可以作为唯一的碳源和氮源，也就是说，在培养基中不需要添加其它的碳源和氮源。
在本发明的进一步实施方式中，还包括磷酸二氢钾(KH2PO4)、氯化钠(NaCl)和七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)。
在本发明的进一步实施方式中，所述培养基中，所述阿维菌渣的质量以干重计为30～360g/L，所述磷酸二氢钾的终浓度为15～25g/L、所述氯化钠的终浓度为1.0～2.0g/L，所述七水硫酸镁的终浓度为0.10～0.20g/L；所述培养基的pH为6.8～7.2。在培养基中，阿维菌渣的质量以干重计优选为180～360g/L。
在本发明的进一步实施方式中，所述阿维菌渣是以干粉的形式加入，所述干粉的粒径≤0.250mm。需要说明的是，将阿维菌渣溶于水之前，可以将阿维菌渣在105℃干燥至恒重，然后粉粹过筛，收集粒径小于或等于0.250mm的阿维菌渣干粉。
第二方面，本发明提供了一种制备上述培养基的方法，包括如下步骤：将所述磷酸二氢钾、所述氯化钠、所述七水硫酸镁和所述阿维菌渣与水混合均匀，并调节pH值至6.8～7.2，即得。水优选为蒸馏水。
第三方面，本发明提供了一种发酵生产乳酸乳球菌素的方法，包括如下步骤：将乳酸乳球菌接种至上述的培养基中，发酵生产，得到乳酸乳球菌素。
在本发明的进一步实施方式中，将所述乳酸乳球菌培养至对数中期，然后进行所述接种，所述接种的菌种量与所述培养基的体积比为(3～8)：100；所述乳酸乳球菌为Lactococcus lactis subsp.lactis YF11。
在本发明的进一步实施方式中，在所述发酵生产中，温度为28～32℃，搅拌转速为100～200r/min，发酵时间为8～12h。
在本发明的进一步实施方式中，所述方法还包括在所述接种前对所述培养基进行灭菌的步骤。
第四方面，本发明提供了一种将阿维菌渣转化为乳酸乳球菌素的方法，利用包括上述任一项所述的方法进行转化。需要说明的是，只要涵盖上述发酵生产乳酸乳球菌素的方法，包括前序对阿维菌渣进行其他处理或在后序对乳酸乳球菌素提取、纯化等，均属于本发明的保护范围；在上述方法的基础上进行无实质内容的变化、修改、替换和变型，也应该属于本发明的保护范围。
本发明提供的利用阿维菌渣生产乳酸乳球菌素的方法，可以解决阿维菌渣对环境的污染问题，实现阿维菌渣的再利用，同时为乳酸乳球菌素的生产提供原料来源，实现阿维菌渣的再资源化和高值化转化，降低生产成本，提高经济效益。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。
以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
本发明所利用的阿维菌渣是由内蒙古新威远生物化工有限公司提供的阿维菌渣，所用菌种乳酸乳球菌是Lactococcus lactis subsp.lactis YF11(菌种保藏号：CGMCC7.52)。
本发明提供一种发酵生产乳酸乳球菌素的方法，包括如下步骤：
S1:将磷酸二氢钾、氯化钠和七水硫酸镁和阿维菌渣溶于水，阿维菌渣的质量以干重计为30～360g/L，磷酸二氢钾的终浓度为15～25g/L，氯化钠的终浓度为1.0～2.0g/L，七水硫酸镁的终浓度为0.10～0.20g/L，混合均匀，将得到的培养基调节pH至6.8～7.2，然后灭菌；将阿维菌渣溶于水之前，还包括优选步骤：将阿维菌渣处理为干粉末，然后过筛，收集粒径小于或等于0.250mm的阿维菌渣干粉。
S2:将乳酸乳球菌接种至灭菌后的培养基中，发酵生产，得到乳酸乳球菌素；优选将乳酸乳球菌培养至对数中期，然后进行接种，接种的菌种量与灭菌后的培养基的体积比为(3～8)：100；乳酸乳球菌为Lactococcus lactis subsp.lactis YF11；在发酵生产中，温度优选为28～32℃，搅拌转速优选为100～200r/min，发酵时间优选为8～12h。
下面结合具体实施例对本发明提供的发酵生产乳酸乳球菌素的方法进一步说明。
实施例一
将阿维菌渣在105℃干燥后粉粹，得到阿维菌渣干粉末，然后过60目筛，收集粒径小于或等于0.250mm的阿维菌渣干粉；称取9g阿维菌渣干粉，加入KH2PO4、NaCl和MgSO4·7H2O，再加入蒸馏水至50mL，使阿维菌渣以干重计为180g/L，KH2PO4终浓度为15g/L，NaCl终浓度为1.0g/L，MgSO4·7H2O终浓度0.10g/L，混合均匀，调节得到的培养基的pH为6.8，经过121℃高压灭菌20min后冷却至30℃，即得灭菌后培养基。将培养至对数中期的乳酸乳球菌(Lactococcus lactis subsp.lactis YF11)以3％的接种量(接种的菌种量与所述灭菌后的培养基的体积比)接种至灭菌后培养基中，在温度为28℃、搅拌转速为100r/min下培养8h后，终止发酵，得到菌渣发酵液，主要包括乳酸乳球菌素和乳酸乳球菌。
实施例二
将阿维菌渣在105℃干燥后粉粹，得到阿维菌渣干粉末，然后过60目筛，收集粒径小于或等于0.250mm的阿维菌渣干粉；称取12g阿维菌渣干粉，加入KH2PO4、NaCl和MgSO4·7H2O，再加入蒸馏水至50mL，使阿维菌渣以干重计为240g/L，KH2PO4终浓度为20g/L，NaCl终浓度为1.5g/L，MgSO4·7H2O终浓度0.15g/L，混合均匀，调节得到的培养基的pH为7.0，经过121℃高压灭菌20min后冷却至30℃，即得灭菌后培养基。将培养至对数中期的乳酸乳球菌(Lactococcus lactis subsp.lactis YF11)以5％的接种量(接种的菌种量与所述灭菌后的培养基的体积比)接种至灭菌后培养基中，在温度为30℃、搅拌转速为150r/min下培养10h后，终止发酵，得到菌渣发酵液，主要包括乳酸乳球菌素和乳酸乳球菌。
实施例三
将阿维菌渣在105℃干燥后粉粹，得到阿维菌渣干粉末，然后过60目筛，收集粒径小于或等于0.250mm的阿维菌渣干粉；称取18g阿维菌渣干粉，加入KH2PO4、NaCl和MgSO4·7H2O，再加入蒸馏水至50mL，使阿维菌渣以干重计为360g/L，KH2PO4终浓度为25g/L，NaCl终浓度为2.0g/L，MgSO4·7H2O终浓度0.20g/L，混合均匀，调节得到的培养基的pH为7.2，经过121℃高压灭菌20min后冷却至32℃，即得灭菌后培养基。将培养至对数中期的乳酸乳球菌(Lactococcus lactis subsp.lactis YF11)以8％的接种量(接种的菌种量与所述灭菌后的培养基的体积比)接种至灭菌后培养基中，在温度为30℃、搅拌转速为200r/min下培养12h后，终止发酵，得到菌渣发酵液，主要包括乳酸乳球菌素和乳酸乳球菌。
将本发明实施例一至实施例三制备得到的包括乳酸乳球菌素和乳酸乳球菌的菌渣发酵液进行分析，具体如下。
1、采用菌落计数的方法分析实施例一至实施例三制备得到的菌渣发酵液包中的乳酸乳球菌的数目，结果如下：实施例一中的菌渣发酵液的乳酸乳球菌数为0.70×107个/mL；实施例二中的菌渣发酵液的乳酸乳球菌数为1.20×107个/mL；实施例三中的菌渣发酵液的乳酸乳球菌数为1.18×107个/mL。
2、采用J.Tramer和C.E.Wolf的琼脂扩散法分析实施例一至实施例三制备得到的菌渣发酵液中的乳酸乳球菌素的效价，结果如下：实施例一中的菌渣发酵液的乳酸乳球菌素的效价为1682IU/mL；实施例二中的菌渣发酵液的乳酸乳球菌素的效价为1964IU/mL；实施例三中的菌渣发酵液的乳酸乳球菌素的效价为1948IU/mL。
需要说明的是，除了上述实施例一至实施例三列举的情况，选用其它的方法参数也是可行的。
本发明提供的利用阿维菌渣生产乳酸乳球菌素的方法，可以将阿维菌渣再利用作为生产乳酸乳球菌素的碳源和氮源，其生产得到的菌渣发酵液的乳酸乳球菌数可以达到0.70×107个/mL，乳酸乳球菌素的效价可以达到1682IU/mL，产率较高。本发明提供的利用阿维菌渣生产乳酸乳球菌素的方法，可以解决阿维菌渣对环境的污染问题，实现阿维菌渣的再利用，同时为乳酸乳球菌素的生产提供原料来源，实现阿维菌渣的再资源化和高值化转化，降低生产成本，提高经济效益，具有重要的意义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，而并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。