[发明专利]一种连续发酵生产L-乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发酵技术领域，具体涉及一种连续发酵生产L-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L-乳酸生产的原料主要有淀粉、糖蜜、乳清水等。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。

农作物废弃物如作物秸秆、玉米芯等可作为低价原料的开发对象。我国是玉米生产大国，也是玉米纤维资源浪费大国，仅玉米芯每年就浪费掉1000万吨，同时也引发了许多环境问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续发酵生产L-乳酸的方法，用以解决现有乳酸生产发酵成本高的问题。

为实现上述目的，本发明以农作物废弃物的糖化液为碳源，利用乳酸菌(Lactobacillus)连续发酵生产L-乳酸。具体地，该方法包括如下步骤：

1)将农作物废弃物粉碎后，采用稀碱液、稀酸液、纤维素酶依次处理，制得含糖质量百分比为10％～20％的糖化液；

2)将乳酸菌接种到发酵培养基中，接种量5～10％，发酵温度为30～50℃，200rpm进行厌氧搅拌发酵；当乳酸含量不再增加时发酵结束，停止搅拌，放出80％～85％体积的发酵液，补入新发酵培养基继续发酵，连续循环发酵5～10批次作为一代；其中，以步骤1)制得的糖化液为碳源，第一代连续发酵培养基的质量百分比配置如下：总糖10％、酵母膏0.2％～0.4％、牛肉膏0.3％～0.5％、磷酸二氢钾0.03％～0.05％、磷酸氢二钾0.03％～0.05％、氯化钠0.02％～0.03％、硫酸镁0.04％～0.06％、碳酸钙3％～5％；

3)以上一代的发酵液按5～10％的接种量接种到新鲜的发酵培养基中，按步骤2)的方法连续发酵5～10批次；连续发酵驯化3～4代；其中，以步骤1)制得的糖化液为碳源，第二代连续发酵培养基的质量百分比配置如下：总糖15％、酵母膏0.2％～0.4％、牛肉膏0.3％～0.5％、磷酸二氢钾0.03％～0.05％、磷酸氢二钾0.03％～0.05％、氯化钠0.02％～0.03％、硫酸镁0.04％～0.06％、碳酸钙3％～5％；以步骤1)制得的糖化液为碳源，第三或四代连续发酵培养基的质量百分比配置如下：总糖20％、酵母膏0.2％～0.4％、牛肉膏0.3％～0.5％、磷酸二氢钾0.03％～0.05％、磷酸氢二钾0.03％～0.05％、氯化钠0.02％～0.03％、硫酸镁0.04％～0.06％、碳酸钙3％～5％。

如无特别说明，本发明培养基中未注明的其它成分为水。

所述农作物废弃物包括但不限于作物秸秆、玉米芯等。

所述步骤1)制备糖化液的方法为，于反应器中按固液比1∶4～6(w/w)向粉碎的农作物废弃物中加入2％(w/v)的稀碱液，封口后在125℃条件下加热处理50分钟，所得浆液在2000rpm离心机内离心；所得固相经水洗后加入容器中，按固液比1∶5～8(w/w)加入2％(v/v)的稀酸液，调节温度到50℃处理1h，再按照20单位/g纤维素加入纤维素酶，搅拌转速100rpm，酶解时间控制在60～70小时。

所述稀碱液可以是氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水中的一种或几种。

所述稀酸液可以是盐酸、硫酸、醋酸中的一种或几种。

上述优选的发酵条件是：按8％的接种量接入乳酸菌种子液，在35～45℃、200rpm厌氧条件下发酵，发酵至乳酸含量不再增加，结束发酵。

其中，乳酸菌种子液可按照如下方法制备：

平板培养：将乳酸菌种接种到活化培养基中，30℃培养40小时；

摇瓶种子培养：将平板培养的乳酸菌种接种到种子液体培养基中，38℃厌氧培养20小时，摇床转速200rpm，检测OD₆₀₀为4.0。

其中，以上述步骤1)制得的糖化液为碳源，平板培养使用的活化培养基的质量百分比配制为：总糖1％、酵母膏0.5％、蛋白胨0.5％、琼脂2％；