专利名称：一种利用乳杆菌发酵豆粕水解液制备l-乳酸的方法
技术领域：
本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用乳杆菌发酵豆柏水解液制备L-乳酸的方法。
背景技术：
乳酸(lactic acid)又名二羟基丙酸，是一种传统的多用途精细化学品，乳酸可作为酸味剂、芳香剂、防腐剂、植物生长调节剂、生物可降解性材料、药物和农药等，应用于食品、制药、酿造、制革、纺织、环保和农业中。随着对乳酸研究利用的不断深入，以乳酸为原料制取聚乳酸(PLA)，作为高强度、热塑性的生物可降解材料引起世界各国的广泛重视，被认为是最具发展前途的生物可降解高分子材料之一。 乳酸以其更广泛的用途和更高的安全性，成为国内外乳酸行业的研究热点，但成本过高仍然是制约L-乳酸应用的主要因素。发酵法生产L-乳酸的菌种主要有细菌和根霉两类，与根霉相比，虽然细菌乳酸发酵营养要求较复杂，但其大多属于厌氧或微耗氧发酵，动力消耗小，产酸量高，糖酸理论转化率可达100%，更有利于降低成本。目前文献报道细菌乳酸发酵的较高水平有天津大学白冬梅等分别采用分批发酵和流加发酵进行实验，分批发酵周期174 h，L-乳酸产量达到217 g/L，流加发酵周期96 h，L-乳酸产量达到210 g/L ；Anuradha等人采用同时糖化发酵技术(SSF)，以250 g/L淀粉为底物发酵100 h产乳酸
189g/L ；Jong. Sun Yun等人采用分批发酵，以200 g/L葡萄糖为碳源，添加适量酵母粉，发酵50 h产乳酸185 g/L。
发明内容
本发明提供了一种利用乳杆菌发酵豆柏水解液制备L-乳酸的方法，本发明以乳杆菌为出发菌株，以豆柏水解液发酵生产L-乳酸进行研究。本发明考察了种龄、接种量、温度和不同pH调节剂对乳酸发酵的影响。I. 一种利用乳杆菌发酵豆柏水解液制备L-乳酸的方法，其特征在于发酵时，2 L发酵罐装入1.8 L发酵培养基，接入一定量的一定种龄的种子液，在一定温度下间歇搅拌，搅拌转速200 r/min。2.其中，发酵培养基的配制方法为工业葡萄糖200 g/L,自制豆柏水解液200 g/L，玉米浆25 g/L, 100 g/L轻质碳酸钙，或通过流加10%氨水、10 mol/L氢氧化钠调节发酵液pH。3.种子液的培养方法为三角瓶装液量100 mL/250 mL，42°C静置培养。4.种子培养基(g/L):葡萄糖40，蛋白胨20，酵母膏10，硫酸铵5，磷酸二氢钾1，碳酸钙15。5.豆柏水解液的制备方法为称取适量豆柏，加入5倍质量的2%硫酸，95°C水浴加热20 h。6.最佳种龄为12 h7.最佳接种量为18%。8.最佳发酵温度为40°C。9.最佳pH调节剂为CaC03。本发明的有益效果在于本发明采用一株乳杆菌分批发酵生产L-乳酸，获得了较高的L-乳酸浓度。
图I种子培养时间对发酵过程的影响。图2接种量对发酵过程的影响。
图3培养温度对发酵过程的影响。图4不同pH调节剂对发酵过程的影响。
具体实施例方式下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。本发明所用的菌株为乳杆菌，购买于ACCC，编号为ACCC10183。实施例I
本实施案例说明种子培养时间对发酵过程的影响，选择8、12、16、20、24 h 5个不同的种子培养时间，其它条件完全相同，发酵72 h，测定乳酸、残糖、菌体浓度(OD62tl),结果如图I所示。由图I可知，种龄12 h，发酵液中乳酸含量最高。种龄大于12 h所得菌体量逐渐下降。残糖在种龄12 h达到最小值，减少或增加种龄残糖都有所增加。此时菌体活性较高，所得菌体量接近最大值。因此最佳种龄为12 h
实施例2
本实施案例说明接种量对发酵过程的影响，发酵过程中采用较大的接种量可以缩短延迟期；但接种量过大会带入过多代谢废物。为了确定最佳接种量，选取了 6%、12%、18%、24%,30%、36% 6个不同的接种量水平，其它条件完全相同，发酵时间72 h，检测乳酸、残糖、菌体浓度(OD62tl),结果见图2。由图2可知，随着接种量的增加，菌体量基本呈递增的趋势，接种量小于24%，菌体量增势缓慢；接种量大于24%，菌体量增势加快。而接种量为18%时发酵液中乳酸含量达到最大值；接种量大于18%，乳酸含量有所降低。加大接种量可以促进菌体生长，但并不能使发酵液的乳酸含量的增长，反而对乳酸的产生有所抑制。由此可知，最佳接种量为18%。实施例3
本实施案例说明培养温度对发酵过程的影响，实验中选取30、35、40、45、50°C 5个不同温度发酵，发酵结束检测L-乳酸、残糖和菌体浓度(OD62tl)，结果如图3所示。由图3可知，乳杆菌发酵生产L-乳酸的最适温度是40°C，此时，L-乳酸含量达到约200 g/L，菌体量亦达到最大值，残糖含量最低。实施例4
本实施案例说明不同PH调节剂对发酵过程的影响，乳酸发酵过程中，随着乳酸的产生，发酵液PH不断下降，最终会抑制菌体生长和乳酸的进一步积累，为此需要加入酸中和齐U。本试验在2 L发酵罐中分别采用氨水、氢氧化钠和碳酸钙作为pH调节剂，使发酵液pH稳定在6. O左右，考察其对发酵过程的影响，结果如图4所示。由图4可知，在菌体量增值方面，以氢氧化钠为酸中和剂时，菌体增值量较低，后期还有所下降；以氨水为PH调节剂时菌体增值量较高且很快，达到最大值后有所下降；以碳酸钙为PH调节剂时，菌体增值量相对最大，且达到最大值后下降不多。糖的消耗方面，流加氢氧化钠时，残糖降至84 g/L便不再降低，说明以氢氧化钠作为pH调节剂时菌体活性较低，从而使产酸量降低；流加氨水时残糖可降至接近零，但氨水使菌株过快生长，同样不利于产酸；以碳酸钙为酸中和剂，当残糖降至零时，L-乳酸仍有上升趋势，因此补加少量葡萄糖，发酵结束时L-乳酸生产速率还保持在较高的水平。实验结果表明，碳酸钙更适于作为 发酵过程的PH调节剂。
权利要求
1.一种利用乳杆菌发酵豆柏水解液制备L-乳酸的方法，其特征在于发酵时，2 L发酵罐装入I. 8 L发酵培养基，接入一定量的一定种龄的种子液，在一定温度下间歇搅拌，搅拌转速 200 r/min。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，发酵培养基的配制方法为工业葡萄糖200 g/L，自制豆柏水解液200 g/L，玉米浆25 g/L, 100 g/L轻质碳酸钙，或通过流加10%氨水、10 mol/L氢氧化钠调节发酵液pH。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，种子液的培养方法为三角瓶装液量100mL/250 mL，42°C静置培养。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，种子培养基葡萄糖40g/L，蛋白胨20g/L，酵母膏10 g/L,硫酸铵5 g/L,磷酸二氢钾I g/L,碳酸I丐15 g/L。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，豆柏水解液的制备方法为称取适量豆柏，加入5倍质量的2%硫酸，95°C水浴加热20 h。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，种龄为12h。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，接种量为18%。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，发酵温度为40°C。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于pH调节剂为CaC03。
全文摘要
本发明提供了一种利用乳杆菌发酵豆粕水解液制备L-乳酸的方法，本发明以乳杆菌为出发菌株，以豆粕水解液发酵生产L-乳酸进行研究。本发明考察了种龄、接种量、温度和不同pH调节剂对乳酸发酵的影响。
文档编号C12R1/225GK102719493SQ20121025304
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月21日 优先权日2012年7月21日
发明者金雅新 申请人:太仓市茂通化建有限公司