[发明专利]一种基于柠檬酸发酵废弃物的ε-聚赖氨酸生物合成方法

说明书

本发明公开了一种基于柠檬酸发酵废弃物的ε‑聚赖氨酸生物合成方法，采用有机溶剂对柠檬酸发酵废水、废渣进行提取，并将其添加到ε‑聚赖氨酸发酵过程中，进而促进ε‑聚赖氨酸的合成。与传统ε‑聚赖氨酸液态发酵相比，本发明提供的添加柠檬酸发酵废水、废渣提取物的ε‑聚赖氨酸发酵方法能够显著提高ε‑聚赖氨酸产量、生产强度，在柠檬酸发酵废弃物资源化以及ε‑聚赖氨酸工业化生产中具有重要的意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种ε-聚赖氨酸的合成方法，具体涉及一种基于柠檬酸发酵废弃物的ε-聚赖氨酸生物合成方法，是对柠檬酸发酵废水、废渣中的微生物诱导物进行提取，并在分批及补料分批发酵中进行提取物的外源添加来强化ε-聚赖氨酸合成的方法，属于工业生物技术领域。

背景技术

柠檬酸，又名枸橼酸，是一种重要食品添加剂，目前主要通过黑曲霉液态发酵薯类、玉米类底物合成。目前，国内柠檬酸发酵产量约为14％左右，而余下部分由大量有机发酵废水和废渣组成。研究显示，1吨柠檬酸将产生8-15m³发酵性废水，以及2-4吨发酵废渣。我国是全球柠檬酸的最大生产国之一，每年产生的废水废渣量更是巨大。“如何对此类废弃物进行资源化利用”成为了重要课题。

针对柠檬酸发酵废水问题，毛忠贵团队开发出“柠檬酸-沼气双发酵偶联系统”，对柠檬酸发酵废水进行厌氧发酵并以产物沼气发电，处理过后的废水再回用柠檬酸发酵配料中，实现了废水的资源化利用。针对发酵废渣(废菌体)问题，部分企业将其作为氨基葡萄糖盐酸盐提取的原料，而大部分企业将其与麸皮、秸秆等农业副产物混合制备动物饲料，或是以其为底物固态发酵制备蛋白饲料。尽管如此，目前在柠檬酸发酵废液、废渣资源化方面的技术手段依然稀缺，尤其缺少利用此类废弃物合成高值产物的技术，这直接影响本领域的进一步发展。

ε-聚赖氨酸是一种主要由链霉菌属合成的天然同型阳离子聚合物，其由25-35个赖氨酸残基经α-羧基与ε-氨基在聚赖氨酸合成酶的催化下脱水缩合而成。ε-聚赖氨酸抑菌能力强，抑菌谱广，其对大多数革兰氏阳性细菌、阴性细菌具有显著的抑制能力，同时还可抑制酵母和霉菌的生长。此外，其不易被人体吸收，少量吸收后也能够被降解为无毒的赖氨酸，其由此被美国FDA认定为GRAS化合物(Generally Recognized as Safe)，并在2014年被我国卫计委批准作为食品防腐剂而使用，具有较大的社会需求和经济价值。当前，ε-聚赖氨酸的市场价为1200-1500元/kg，是一种高值产品。

发明人前期研究发现，黑曲霉胞内以及胞外分泌的一些产物能够大幅促进ε-聚赖氨酸生物合成。基于此发现，发明人开发出一种基于外源添加柠檬酸发酵废水提取物、废渣提取物，进而促进ε-聚赖氨酸合成的生产工艺。无论是添加的柠檬酸发酵废水提取物，还是废渣提取物，均能够(1)在分批发酵中大幅促进菌体生长以及ε-聚赖氨酸合成，缩减发酵时间，提高生长效率；(2)在补料分批发酵中大幅促进ε-聚赖氨酸合成。因此，本发明在柠檬酸发酵废弃物资源化，以及ε-聚赖氨酸工业生产中具有重要的应用价值。

发明内容

为促进ε-聚赖氨酸合成，同时实现柠檬酸发酵废液、废渣的资源化，本发明提供了一种基于柠檬酸发酵废弃物的ε-聚赖氨酸生物合成方法。本发明采用有机溶剂对柠檬酸发酵废水、废渣进行提取，并将其添加到ε-聚赖氨酸分批发酵以及补料分批发酵中，进而促进了ε-聚赖氨酸的合成。

为实现本发明的目的，本发明中柠檬酸发酵采用的碳源为葡萄糖、蔗糖、糖蜜、木薯粉、玉米淀粉。

本发明的反应器包括250mL三角瓶、5L液态发酵罐两种。

柠檬酸发酵废水提取物添加ε-聚赖氨酸发酵实验相关条件优化、柠檬酸发酵废渣提取物添加ε-聚赖氨酸发酵实验相关条件优化均在250mL三角瓶中完成，柠檬酸发酵种子培养、ε-聚赖氨酸发酵种子培养均在500mL三角瓶中进行，柠檬酸发酵废水提取物添加ε-聚赖氨酸分批发酵、补料分批发酵均在5L发酵罐中进行。

本发明基于柠檬酸发酵废弃物的ε-聚赖氨酸生物合成方法，包括如下步骤：