专利名称：一种乳酸菌发酵方法
技术领域：
本发明涉及的是一种利用植物秸秆纤维素发酵生产乳酸技术，特别涉及利用植物 秸秆纤维素部分酶解后作为碳源发酵生产乳酸的方法。
背景技术：
乳酸是重要的有机酸，乳酸、乳酸盐及其衍生物，已经被广泛应用于食品、饲料、医 药、皮革、印染、化工等领域。在食品工业上广泛用作酸味剂、防腐剂和还原剂。近年来，在为 消除塑料制品所带来的“白色污染”所造成的环境危机的研究中，开发出以L-乳酸为单体 经化学合成的生物工程材料聚L-乳酸，是一种生物可降解塑料，可完全为生物降解吸收， 最终形成二氧化碳和水，不污染环境。由于人体只能代谢L-乳酸，世界卫生组织提倡在食 品、医药领域广泛使用L-乳酸，L-乳酸的需求量在不断扩大。乳酸可以通过化学合成法、酶法或发酵法三种方式得到，但是基于发酵法能够专 一的得到L-乳酸或D-乳酸，并且清洁无污染，因此发酵法被广泛应用于L-乳酸的生产。利 用乳酸菌发酵生产L-乳酸具有高温发酵不易染菌，光学纯度高，菌体易于发酵液分离等特 点，利用乳酸菌发酵成为大规模生产L-乳酸的趋势。为了降低L-乳酸的制备成本，提高乳酸生产质量，国内外对乳酸生产过程进行了 大量研究，主要包括低价原料的开发利用，发酵强度的优化，乳酸分离提取工艺的优化这 三个方面。目前用于L-乳酸生产的原料主要有淀粉、蔗糖、葡萄糖、糖蜜等。地球上每年大 约形成1000亿吨植物有机物，是自然界分布最广，含量最多，价格低廉而又可再生的资源。 开发农作物秸秆生产乳酸，对于保障粮食安全，具有非常重要的现实意义和深远的历史意 义。我国每年浪费或低质量利用的木质纤维材料总共约10亿吨，其中农作物秸秆一项就大 约有7亿多吨，其主要成分为纤维素、半纤维素、木质素，利用纤维素酶酶解处理农作物秸 秆制备秸秆糖，以秸秆糖作为发酵生产L-乳酸的原料，具有广阔的市场前景。目前秸秆发酵乳酸多采用分步酶解糖化发酵法纤维素酶酶解与乳酸发酵分步进 行，缺点是生产周期长，不能消除酶解过程中生成的葡萄糖和纤维二糖对纤维素酶的反馈 抑制作用，不能消除酶解过程中生成的高浓度葡萄糖的葡萄糖效应。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种乳酸菌的发酵方法。本发明提供的乳酸菌的发酵方法，是利用植物秸秆纤维素部分酶解后作为乳酸 菌发酵用碳源发酵生产乳酸，其中所述的植物秸秆纤维素部分酶解后的糖浓度为 IOwt % ο ο其中，所述的酶可选用本领域公知的用于分解纤维素产生糖类的酶，优选为纤维素酶。其中，酶解植物秸秆纤维素的温度为45 55°C，优选为50°C，酶解时间为12 72 小时，优选为M 36小时，最优选为M小时。
根据本发明，用于酶解植物秸秆纤维素的酶的用量为10 30U/g植物秸秆纤维 素，优选为20U/g植物秸秆纤维素。根据本发明，植物秸秆可以用本领域公知的任何农作物的秸秆，优选包括麦秸秆、 稻秸秆、玉米秸秆或其他作物秸秆。其中，所述的植物秸秆纤维素在酶解前，优选将植物秸秆纤维素按如下方式进行 处理1)粗粉碎将植物秸秆粗粉碎后10目过筛；2)纯碱煮1 2小时，然后水洗并中和；3)酸解在90°C，6% HCl酸解1小时，然后水洗并中和；4)脱水，干燥，最后细粉碎60目过筛，得到植物秸秆纤维素粉。在本发明的发酵培养基中，植物秸秆纤维素的用量为10-20 %重量百分比，优选为 15%的重量百分比。本发明的有益效果同现有技术将植物纤维素原料彻底酶解(70 80小时)相比，本发明具有如下优点。本发明缩短了植物纤维素的酶解时间。酶解M小时左右，葡萄糖浓度在3_5%，余 下的纤维素在酶解过程中继续酶解。而将植物纤维素彻底酶解需要70-80小时，葡萄糖浓 度达到10-15%，而高浓度的葡萄糖对乳酸发酵具有抑制作用，因而本发明不但缩短了酶解 时间，同时有效解除了高浓度葡萄糖对乳酸菌发酵乳酸的抑制作用。由于本发明植物纤维素酶解时间短，产生的葡萄糖和纤维二糖少，大大减弱了酶 解过程中生成的葡萄糖和纤维二糖对纤维素酶的反馈抑制作用。同现有技术相比，本发明乳酸生产周期由136小时缩短到64小时，(所述的生产 周期为酶解时间和发酵时间的总和，下同)发酵水平由3. 6wt%提高到6. 8wt% (发酵液中 乳酸的质量百分比)。此外，本发明利用植物秸秆做发酵原料，变废为宝，降低环境污染，对 保证粮食安全具有积极意义。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例11)斜面培养将乳酸菌(LactcAaciIlus 1. 2131)(购自中科院微生物所)无菌条 件下接种到斜面培养基中，30°C培养40小时。2)摇瓶种子培养步骤1)培养获得的乳酸菌菌种接种到种子液体培养基中， 400C，200rpm厌氧培养20小时。3)发酵培养将步骤2~)培养获得的乳酸菌种子接种到乳酸菌发酵培养液中培养， 接种量为10% (v/v)，40°C，200rpm，厌氧培养。其中，步骤1)使用的培养基方法为秸秆水解糖Iwt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 5wt %，琼脂2wt %，自来水配制。其中，步骤2)使用的培养基配方为 秸秆水解糖3wt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 15wt%,玉米浆0. 5wt %，磷酸二氢钾0. 05wt %，硫酸镁0. 06wt %，硫酸锰0. 003wt %，自来水配制。其中，步骤3)使用的培养基配方为秸秆纤维素粉15wt %、酵母膏0. 2wt %，玉米浆wtl %，豆饼粉wtO. 5 %，磷酸氢二 钾wtO. 05%，硫酸铵wtO. 05%，磷酸二氢钾wtO. 15%,pH6. O,自来水配制，灭菌后添加纤维 素酶20单位每克秸秆粉，将上述培养基在50°C下酶解M小时。M小时后，培养基中糖浓 度为5wt%，接种乳酸菌。发酵培养过程包括40°C，转速为200rpm，发酵40小时，生产周期为64小时，生产 周期包括酶解M小时，发酵40小时，发酵水平为6. 8wt %。实施例21)斜面培养将乳酸菌(LactcAaciIlus 1. 2131)(购自中科院微生物所)无菌条 件下接种到斜面培养基中，30°C培养40小时。2)摇瓶种子培养步骤1)培养获得的乳酸菌菌种接种到种子液体培养基中， 400C，200rpm厌氧培养20小时。3)发酵培养将步骤2~)培养获得的乳酸菌种子接种到乳酸菌发酵培养液中培养， 接种量为10% (请选择定值)(V/V)，40°C，200rpm，厌氧培养。其中，步骤1)使用的培养基方法为秸秆水解糖Iwt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 5wt %，琼脂2wt %，自来水配制。其中，步骤2)使用的培养基配方为秸秆水解糖3wt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 15wt%,玉米浆0. 5wt %，磷酸二氢 钾0. 05wt %，硫酸镁0. 06wt %，硫酸锰0. 003wt %，自来水配制。其中，步骤3)使用的培养基配方为秸秆纤维素粉15wt%、酵母膏0. 2wt%，玉米浆wtl%，豆饼粉wtO. 5%，磷酸氢二 钾wtO. 05%，硫酸铵wtO. 05%，磷酸二氢钾wtO. 15%,pH6. O,自来水配制，灭菌后添加纤维 素酶20单位每克秸秆粉，将上述培养基在50°C下酶解12小时。12小时后，培养基中糖浓 度为Iwt%，接种乳酸菌。发酵培养过程包括40°C，转速为200rpm，发酵120小时。生产周期为132小时， 生产周期包括酶解12小时，发酵120小时，发酵水平为4. 2wt%。实施例31)斜面培养将乳酸菌(LactcAaciIlus 1. 2131)(购自中科院微生物所)无菌条 件下接种到斜面培养基中，30°C培养40小时。2)摇瓶种子培养步骤1)培养获得的乳酸菌菌种接种到种子液体培养基中， 400C，200rpm厌氧培养20小时。3)发酵培养将步骤2~)培养获得的乳酸菌种子接种到乳酸菌发酵培养液中培养， 接种量为10% (v/v)，40°C，200rpm，厌氧培养。其中，步骤1)使用的培养基方法为秸秆水解糖lwt%，酵母膏0. 5wt%，蛋白胨0. 5wt%，琼脂2wt%，自来水配制。其中，步骤2)使用的培养基配方为秸秆水解糖3wt%，酵母膏0. 5wt%，蛋白胨0. 15wt%，玉米浆0. 5wt%，磷酸二氢 钾0. 05wt %，硫酸镁0. 06wt %，硫酸锰0. 003wt %，自来水配制。
其中，步骤3)使用的培养基配方为秸秆纤维素粉15wt %、酵母膏0. 2wt %，玉米浆wtl %，豆饼粉wtO. 5 %，磷酸氢二 钾wtO. 05%，硫酸铵wtO. 05%，磷酸二氢钾wtO. 15%,pH6. O,自来水配制，灭菌后添加纤维 素酶20单位每克秸秆粉，将上述培养基在50°C下酶解36小时。36小时后，培养基中糖浓 度为7. 5wt%，接种乳酸菌。发酵培养过程包括40°C，转速为200rpm，发酵44小时，生产周期为80小时，生产 周期包括酶解36小时，发酵44小时，发酵水平为5. Iwt%。实施例41)斜面培养将乳酸菌(LactcAaciIlus 1. 2131)(购自中科院微生物所)无菌条 件下接种到斜面培养基中，30°C培养40小时。2)摇瓶种子培养步骤1)培养获得的乳酸菌菌种接种到种子液体培养基中， 40 "C，200rpm厌氧培养20小时。3)发酵培养将步骤2~)培养获得的乳酸菌种子接种到乳酸菌发酵培养液中培养， 接种量为10% (v/v)，40°C，200rpm，厌氧培养。其中，步骤1)使用的培养基方法为秸秆水解糖Iwt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 5wt %，琼脂2wt %，自来水配制。其中，步骤2)使用的培养基配方为秸秆水解糖3wt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 15wt%,玉米浆0. 5wt %，磷酸二氢 钾0. 05wt %，硫酸镁0. 06wt %，硫酸锰0. 003wt %，自来水配制。其中，步骤3)使用的培养基配方为秸秆纤维素粉IOwt %、酵母膏0. 2wt%，玉米浆wtl%，豆饼粉wtO. 5%，磷酸氢二 钾wtO. 05%，硫酸铵wtO. 05%，磷酸二氢钾wtO. 15%,pH6. O,自来水配制，灭菌后添加纤维 素酶30单位每克秸秆粉，将上述培养基在55°C下酶解40小时。40小时后，培养基中糖浓 度为9wt%，接种乳酸菌。发酵培养过程包括40°C，转速为200rpm，发酵46小时，生产周期为86小时，生产 周期包括酶解40小时，发酵46小时，发酵水平为4. 8wt%。实施例51)斜面培养将乳酸菌(LactcAaciIlus 1. 2131)(购自中科院微生物所)无菌条 件下接种到斜面培养基中，30°C培养40小时。2)摇瓶种子培养步骤1)培养获得的乳酸菌菌种接种到种子液体培养基中， 400C，200rpm厌氧培养20小时。3)发酵培养将步骤2~)培养获得的乳酸菌种子接种到乳酸菌发酵培养液中培养， 接种量为10% (v/v)，40°C，200rpm，厌氧培养。其中，步骤1)使用的培养基方法为秸秆水解糖Iwt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 5wt %，琼脂2wt %，自来水配制。其中，步骤2)使用的培养基配方为秸秆水解糖3wt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 15wt%,玉米浆0. 5wt %，磷酸二氢 钾0. 05wt %，硫酸镁0. 06wt %，硫酸锰0. 003wt %，自来水配制。其中，步骤3)使用的培养基配方为
秸秆纤维素粉20wt%、酵母膏0. 2wt%，玉米浆wtl%，豆饼粉wtO. 5%，磷酸氢二 钾wtO. 05%，硫酸铵wtO. 05%，磷酸二氢钾wtO. 15%,pH6. 0,自来水配制，灭菌后添加纤维 素酶10单位每克秸秆粉，将上述培养基在45°C下酶解40小时。50小时后，培养基中糖浓 度为IOwt%，接种乳酸菌。发酵培养过程包括40°C，转速为200rpm，发酵52小时，生产周期为102小时，生 产周期包括酶解50小时，发酵46小时，发酵水平为4. 5wt%。比较例11)斜面培养将乳酸菌(LactcAaciIlus 1. 2131)(购自中科院微生物所)无菌条 件下接种到斜面培养基中，30°C培养40小时。2)摇瓶种子培养步骤1)培养获得的乳酸菌菌种接种到种子液体培养基中， 400C，200rpm厌氧培养20小时。3)发酵培养将步骤2~)培养获得的乳酸菌种子接种到乳酸菌发酵培养液中培养， 接种量为10% (v/v)，40°C，200rpm，厌氧培养。其中，步骤1)使用的培养基方法为秸秆水解糖Iwt %，酵母膏0. 5wt %，蛋白胨0. 5wt %，琼脂2wt %，自来水配制。其中，步骤2)使用的培养基配方为秸秆水解糖3wt%，酵母膏0. 5wt%，蛋白胨0. 15wt%，玉米浆0. 5wt%，磷酸二氢 钾0. 05wt %，硫酸镁0. 06wt %，硫酸锰0. 003wt %，自来水配制。其中，步骤3)使用的培养基配方为秸秆纤维素粉15wt %、酵母膏0. 2wt %，玉米浆wtl %，豆饼粉wtO. 5 %，磷酸氢二 钾wtO. 05%，硫酸铵wtO. 05%，磷酸二氢钾wtO. 15%,pH6. O,自来水配制，灭菌后添加纤维 素酶20单位每克秸秆粉，将上述培养基在50°C下酶解72小时。72小时后，培养基中糖浓 度为12wt%接种乳酸菌。发酵培养过程包括40°C，转速为200rpm，发酵64小时，生产周期为136小时，生 产周期包括酶解72小时，发酵64小时，发酵水平为3. 6wt%。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 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，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。
权利要求
1.一种乳酸菌发酵方法，其特征在于，利用植物秸秆纤维素部分酶解后作为乳酸菌发 酵用碳源发酵生产乳酸，所述的植物秸秆纤维素部分酶解后的糖浓度为 10wt%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酶为纤维素酶。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的酶的用量为10 30U/g植物 秸秆纤维素。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的酶的用量为20U/g植物秸秆纤维素ο
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的植物秸秆纤维素在发酵液中的含 量为10-20%的质量百分比。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的植物秸秆纤维素在发酵液中的含 量为15%的质量百分比。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶解的酶解温度为45 55°C。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述酶解的酶解温度为50°C。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶解的酶解时间为12 70小时。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述酶解的酶解时间为M 36小时。
全文摘要
本发明涉及一种乳酸菌发酵的方法。本发明利用植物秸秆纤维素部分酶解后作为乳酸菌发酵用碳源发酵生产乳酸，其中，所述的植物秸秆纤维素部分酶解后的糖浓度为1wt％～10wt％，所述的部分酶解是将植物秸秆纤维素在45～55℃，用纤维素酶酶解12～72小时，使发酵液中既含有酶解糖，又含有未酶解的纤维素，从而可以边酶解边发酵生产乳酸。同现有技术相比生产周期由136小时缩短到64小时，解除了高浓度葡萄糖对乳酸菌发酵乳酸的抑制作用，发酵水平由3.6wt％提高到6.8wt％。本发明利用植物秸秆做发酵原料，变废为宝，降低环境污染，对保证粮食安全具有积极意义。
文档编号C12P7/56GK102134581SQ201010609278
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者尚海涛, 崔刚, 李荣杰 申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司