[发明专利]一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的方法

说明书

本发明公开了一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L‑乳酸的方法，以脱木质素纤维经酶解所得的上清液为发酵培养基，以聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯、炭黑、棉纤维和聚氯乙烯中的任意一种或几种组合为固定化载体，进行固定化发酵产L‑乳酸。本发明所提供的方法中固定化细胞连续多批次发酵不仅缩短了单批次生产周期，提高了生产能力，平均产酸浓度108g/L，平均物料乳酸转化率0.41g/(g半脱玉米秸秆)，比单批次游离细胞发酵提高17.39％，平均产酸速率达1.82g/(h·L)，是游离细胞发酵的1.42倍，发酵效果明显高于游离细胞发酵，而且省去了发酵前不断活化培养菌体的操作，大大简化了生产工艺。

技术领域

本发明涉及发酵领域，具体涉及一种利用提高凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的方法。

背景技术

乳酸(lactic acid,LA)是应用最广泛的有机酸之一，在食品、医药、化工、农业等领域的产品中随处可见。在食品行业中，应用最多的是L-乳酸，是因为在人和动物体内只有L-乳酸脱氢酶，没有D-乳酸脱氢酶，过量摄入D型或DL型乳酸,会引起代谢紊乱、酸中毒等各种毒性作用。乳酸酸性柔且性质稳定，被广泛用作酸味剂、风味剂、pH调节剂以及防腐剂和腌渍剂，添加在清凉饮料、糖果、糕点等食物中提高食物风味的同时也延长其保质期。在工业生产中，用乳酸处理皮革和纺织纤维软化材料的同时增加其上色亮度。乳酸缩聚成的聚乳酸在自然条件下能够缓慢分解生成CO₂和H₂O，是代替PVC、PP类塑料的一种环保型的生物可降解材料。在医药业中，由于乳酸有很强的杀菌作用，被用作消毒剂；由L-乳酸钙、L-乳酸亚铁、L-乳酸钠制成的食物和药品是良好的金属元素营养增补剂；聚乳酸因为无毒和生物相容性，被用作多种医用材料，例如缓释胶囊制剂、生物降解纤维(手术缝合线)、生物植片(修复骨折或其它机体损伤)等。在农业生产中，低度聚乳酸可以作为缓释材料如缓释肥料、农药、可降解农用薄膜等。

随着材料科学的不断发展，乳酸应用领域更加广泛，主要是生物降解和生物相容性材料聚乳酸的应用，导致乳酸产量大幅度增加，传统的生产原料即可食用性淀粉质的大量消耗将影响到国家的粮食安全，利用非粮食资源已成为近年来乳酸生产的研究重点。近年来国家已经严禁焚烧，被用作肥料、饲料、燃料、工业原料、基料等，但是秸秆的利用率很低，秸秆过剩造成的环境污染和资源浪费的现象仍旧很明显。因此，考虑到原料成本高及全球粮食供应紧张，木质纤维素资源已成为生产乳酸的诱人而廉价的原料。因此，本发明提供了一种利用预处理玉米秸秆提高凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种提高凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种提高凝结芽孢杆菌发酵产L-乳酸的方法，即以脱木质素纤维经酶解所得的上清液为发酵培养基，以聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯、炭黑、棉纤维和聚氯乙烯中的任意一种或几种组合为固定化载体，进行固定化发酵产L-乳酸。

其中，所述脱木质素纤维为将生物质脱木质素所得；其中，脱除木质素的方法包括但不限于双螺杆碱预处理；其中，所述生物质包括但不限于玉米秸秆。

其中，所述酶解为采用纤维素酶对脱木质素纤维进行酶解，所述纤维素酶的用量为15～35FPU/g纤维素，优选为30FPU/g纤维素；其中，所述纤维素的滤纸活力为245FPU/mL。

其中，调节发酵培养基的初始pH为6.7～7.7，优选为采用CaCO₃调节发酵培养基的初始pH为6.7～7.7。

其中，所述固定化载体优选为棉纤维。

其中，所述固定化载体经醇洗涤后，再经丁二酸酐进行改性。

其中，所述固定化载体的用量为4～20g/L发酵培养基，优选为8～16g/L发酵培养基，优选为12g/L发酵培养基。

其中，所述凝结芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌CC-17。