CN102776248A

CN102776248A - 一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法

Info

Publication number: CN102776248A
Application number: CN201210104598XA
Authority: CN
Inventors: 张斌
Original assignee: SUZHOU BAIQU FOOD CO Ltd
Current assignee: SUZHOU BAIQU FOOD CO Ltd
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-11-14

Abstract

本发明提供了一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法，同步糖化发酵的酶解温度为40℃，比分步糖化温度（50℃）低的情况下进行的，说明采用同步糖化发酵过程可以提高纤维素的转化率，消除产物抑制。从操作及设备来看，简化了操作工艺，减少了染菌机会。由于只需要一个反应器，节省了设备投资。

Description

一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法

技术领域

本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法。

背景技术

乳酸是一种重要的有机酸，学名α-羟基丙酸，在分子结构中有一个不对称碳原子，因此乳酸存在两种异构体，即L-(+)乳酸和D-(-)乳酸。作为一种重要的生物化工原料，L-乳酸被广泛应用于食品、医药、现代农业、日用化工、有机化工等领域，覆盖大量产品。

乳酸可以通过化学合成或碳水化合物发酵得到，但是基于发酵法能够专一性地得到L-乳酸或D-乳酸，因此发酵法被广泛用于L-乳酸的生产。乳酸杆菌发酵生产乳酸具有光学纯度高、发酵强度显著提高等特点，因此，利用乳酸杆菌发酵生产乳酸成为大规模生产L-乳酸的趋势。

目前用于乳酸生产的原料主要有淀粉、糖蜜、乳清粉等。为了降低乳酸的制备成本，提高乳酸生产质量，国内外对乳酸生产的研究，主要集中在低价原料的开发利用、提高发酵强度、优化乳酸分离提取工艺这三个方面。

所谓固态发酵，传统上是指在缺乏自由水的固态颗粒组成的基质上进行微生物培养和发酵的技术。根据Hellettine和Cannel等的定义，固态发酵是指在没有自由水（或游离水）的存在下，微生物在固态底物上生长的过程，因此悬浮在液体中固态颗粒或不溶性颗粒的发酵不属于此范畴，固态发酵过程需要水的存在，但是这种水是以复合或吸附的形式存在于基质的内部。对水的吸附能力是固态物料的一个基本性质，不同物料不出现游离水时的吸水数量是不同的。对于大多数基质来说水分在达到80%以前都将出现游离水。由于水分低于12%时所有生物的活性都停止了，所以它也是固定发酵进行的最低湿度。

同步糖化发酵法（simultaneous sacchrification and fermentation, SSF）则是指在一个反应容器中同时进行几个反应，通常是将酶解糖化过程与发酵过程结合起来进行，成为同步糖化发酵工艺。SSF过程可将传统工艺中的纤维素水解与发酵合二为一，杂菌污染减少，加快了水解速率，缩短了发酵时间，省略了酶回收的环节。对提高底物转化率和产物生成速率，简化生产工艺，减少设备投资均十分有利，因此成为研究热点之一。

目前，纤维素生物转化与利用的研究离实际应用仍然有一定的距离，在微生物降解纤维素物质过程中，酶与纤维素底物直接接触是酶水解的主要条件，只有使酶从有机体扩散至纤维素复杂结构的内部才能完成。但是纤维素的结晶结构域半纤维素、木质素的紧密结合，使得水解速度与糖得率收到很大影响。并且在不同单因素的条件下，例如能源、碳源、水、温度、pH值的不同使得纤维素菌产生的酶活性不同，需要确定最好的单因素条件。

就乳酸细菌生产乳酸的原来而言，目前一般是采用高价的葡萄糖或淀粉，而高价格的原料无法生产出低成本的产品，因此，对廉价易得的植物纤维素的开发利用并采用最佳的发酵工艺已成为降低乳酸生产成本的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法，通过采用同步糖化发酵过程可以提高纤维素的转化率，消除产物抑制。从操作及设备来看，简化了操作工艺，减少了染菌机会。由于只需要一个反应器，节省了设备投资。

1. 一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法，其特征在于，在250ml摇瓶中配制50ml，加入6g稻草粉，固态发酵的纤维素酶曲1.0g，氮源硫酸铵0.1g，添加KH₂PO₄ 0.005%，MgSO₄.7H₂O 0.025%等无机盐，接入一定量的米根霉孢子，在恒温振荡器中静置发酵，发酵液pH值通过加入经灭菌的碳酸钙控制为5.2, 分别在不同时间取样，测定还原糖与乳酸含量。

2. 步骤1里的纤维素酶曲来自于里氏木霉与黑曲霉的固态发酵，纤维素滤纸酶活约为280.26U/g。

3. 步骤1所述稻草粉均来自于水稻秸秆。

4. 步骤1中的发酵温度和酶解温度均为40℃。

5.纤维素酶和米根霉之间是有协同作用的，为了更好的发挥这种协同作用，研究在同步糖化乳酸发酵过程中纤维素酶和米根霉五种不同的添加时间对乳酸生成量的影响：A、先加纤维素酶曲8h再添加米根霉；B、先加纤维素酶曲6h再添加米根霉；C、先加纤维素酶曲4h再添加米根霉；D、先加纤维素酶曲2h再添加米根霉；E、同时添加纤维素酶曲米根霉。

6.在发酵培养基其他条件相同的情况下，将米根霉分别按1%，4%，8%, 12%，16%的接种量接种入发酵培养基中。

7.在步骤1-4及步骤5、步骤6最优的条件下，发酵时间控制在乳酸含量最高的时间点。

附图说明

图1米根霉与酶曲对发酵温度对乳酸产量的影响。

图2米根霉与酶曲添加时间不同对乳酸产量的影响。

图3米根霉接种量对乳酸产量的影响。

图4 米根霉与酶曲发酵时间对乳酸产量的影响。

具体实施方式

下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。

本发明所用的米根霉（Rhizopus oryzae）菌株购买自上海丹曦化工科技有限公司，菌株号为40281。

实施例1

本实施例说明发酵温度对同步糖化发酵产乳酸的影响，米根霉发酵温度与酶解温度不一定相同，因此同时糖化发酵过程中，在其他条件相同的情况下，探讨发酵温度对乳酸产量的影响。

发酵温度分布控制在35℃，40℃，45℃，50℃，55℃。从图1可以看出，米根霉与酶曲发酵温度为40℃时，乳酸含量达到最高，米根霉发酵的最适宜温度为40℃，温度高于40℃，会影响米根霉的发酵能力，随着温度的上升，乳酸产量急剧降低。

实施例2

本实施例说明米根霉与纤维素酶的添加时间对同步糖化发酵产乳酸的影响，纤维素酶和米根霉之间是有协同作用的，为了更好的发挥这种协同作用，研究在同步糖化乳酸发酵过程中纤维素酶和米根霉五种不同的添加时间对乳酸生成量的影响：A、先加纤维素酶曲8h再添加米根霉；B、先加纤维素酶曲6h再添加米根霉；C、先加纤维素酶曲4h再添加米根霉；D、先加纤维素酶曲2h再添加米根霉；E、同时添加纤维素酶曲与米根霉。

由图2可以看出，同时添加纤维素酶曲与米根霉效果最好，乳酸产量随着先加酶曲时间的延长而下降。

实施例3

本实施例说明接种量对同步糖化发酵产乳酸的影响，在发酵培养基其他条件相同的情况下，将米根霉分别按1%，4%，8%，12%，16%的接种量接种入发酵培养基中。用CaCO₃调整pH值，得到乳酸曲线（见图3）。

接种量的多少直接影响微生物的增加速度，在一定范围内，接种量越大，微生物进入对数增长期越短，微生物繁殖的速度越快。实验结果表明，接种量低于12%时乳酸产量低，这是由于接种量较低，菌体生长缓慢，不利于产物的生成。而接种量高于12%时乳酸产量几乎没有提高。从经济角度考虑，确定接种量为12%。

实施例4

本实施例说明发酵时间对同步糖化发酵产乳酸的影响，在实施例1中米根霉与酶曲发酵温度为40℃，在实施例2的米根霉与纤维素酶的最佳添加时间及实施例3的最佳接种量12%的条件下，发酵时间控制在乳酸含量最高的时间点。

发酵时间对发酵产物的积累有很大的影响，发酵时间不充分往往导致发酵产物达不到最高值；发酵时间过长不但会延长发酵周期，降低设备利用率，有时甚至引起已经积累在发酵液中的产物降解，为此在米根霉最适营养条件和35℃的发酵温度下，对本类型的乳酸发酵时间进行了实验研究。实验结果如图4所示。

从图中可以看出乳酸的含量在120h达到最高后，随着时间的增减，乳酸含量减少。

Claims

1.一种利用米根霉同步糖化发酵产乳酸的方法，其特征在于，在250ml摇瓶中配制50ml，加入6g稻草粉，固态发酵的纤维素酶曲1.0g，氮源硫酸铵0.1g，添加KH₂PO₄ 0.005%，MgSO₄.7H₂O 0.025%等无机盐，接入一定量的米根霉孢子，在恒温振荡器中静置发酵。

2.权利1所述的方法，其特征在于发酵液pH值通过加入经灭菌的碳酸钙控制为5.2。

3.权利1所述的方法，其特征在于，纤维素酶曲来自于里氏木霉与黑曲霉的固态发酵，纤维素滤纸酶活约为280.26U/g。

4.权利1或权利2所述的方法，其特征在于，发酵温度和酶解温度均为40℃。

5. 权利1所述的方法，其特征在于稻草粉来自于水稻秸秆。

6. 权利1所述的方法，其特征在于同时添加纤维素酶曲米根霉。

7. 权利1所述的方法，其特征在于米根霉接种量为12%。

8. 权利1所述的方法，其特征在于发酵时间控制在120h。