[发明专利]一种产L-乳酸的菌株及用该菌同步糖化发酵菊芋生产L-乳酸的方法

说明书

技术领域

一种产L-乳酸的菌株及用该菌同步糖化发酵菊芋生产L-乳酸的方法，属于生物能源与转化技术，酶与代谢调控技术，以及相关的发酵工程技术领域。

背景技术

乳酸作为一种常用的基础原料，被广泛地应用于食品、化妆品、药品、纺织和化学工业中；为了提高乳酸产量、降低成本，国内外研究工作者在生产菌株和发酵工艺上做了大量的工作。近年来，生物可降解聚合乳酸的大量需求，较大地促进了发酵法生产L-乳酸的发展。

菊芋(又名洋姜，鬼子姜、毛子姜)是菊科向日葵属一年生或多年生草本植物。我国南北各地现均有种植，而且种植面积正逐步扩大。该植株不但营养丰富，耐寒，耐沙漠，耐盐碱，抗病虫害而且一次种植终生收益，繁殖力强并能较好地生长在极其贫瘠的土地上，生产过程不需管理。菊芋的块茎富含氨基酸、糖分、维生素等。菊芋的根系发达茎叶茂盛，可以防风固沙，防止水土流失，美化、净化环境，维护生态平衡。它适应性强，生产成本低，产品用途广，社会、经济、生态效益显著。因地制宜地种植与综合开发利用菊芋，其发展前景十分可观。所以近年来在国内外受到普遍的关注。鲜菊芋块茎的水分含量在70％左右，总糖含量为20％左右，多年来该作物一直被作为生产乙醇的看好原料。而开发菊芋生产乳酸的研究尚未见报道。

菊芋的主要成分是菊粉，为乳酸菌所不能利用的多聚果糖，所以开发菊芋原料生产乳酸的首要条件就是菊粉酶的合成。能够合成菊粉酶的微生物有许多种，由于其自身粗放的生长需求和广泛的水解酶系，黑曲霉被普遍应用于糖化酶制剂工业。研究表明，菊粉酶是一种诱导酶，而且该酶的合成受到葡萄糖的抑制，因此为了进一步提高菊粉酶的活性，必须尽可能地降低发酵液中葡萄糖的浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种产L-乳酸的菌株及用该菌同步糖化发酵菊芋生产L-乳酸的方法。为了最大程度地降低菊芋发酵生产乳酸的成本，提高生产强度和转化率，同时提高发酵醪最终乳酸浓度，本发明采用本实验室筛选得到的高L-乳酸光学纯度酪乳酸菌，将该菌与本实验室具备独立知识产权的黑曲霉SL-09【World J Microbiol Biotechnol(2008)24：133-138DOI 10.1007/s1274-007-9450-3】进行混合培养，大幅度地提高了菊粉酶活性；然后在乳酸发酵工艺中使用同步糖化与发酵工艺，并对该工艺发酵工艺参数进行了优化，而且在整个发酵过程中无需添加无机盐。由于在发酵过程中糖的浓度始终保持在较低的水平，使酶活和酪乳酸菌发酵活力都得到了充分的发挥，经36h发酵，L-乳酸浓度达到120.5g/L，同时达到了94.5％的转化率。

本发明的技术方案：一种产L-乳酸的菌株，其分类命名为酪乳酸菌(Lactobacillus sp.)G-02，巳保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 208232。

用所述菌株同步糖化发酵菊芋生产L-乳酸的方法，使用具备较高菊粉酶活力的黑曲霉SL-09，在发酵进行12h后，接入酪乳酸菌G-02，然后采用同步糖化与发酵的工艺，步骤为：

(1)菊芋粉的制备：

将新鲜菊芋根茎洗净、切片，40℃通风干燥48h，风干的菊芋片采用粉碎机打磨，细粉过50目筛；干粉含总糖量为56％；

(2)酪乳酸菌种子的制备：

酪乳酸菌种子培养基组成以g/L计为：葡萄糖30，蛋白胨10，酵母膏10，(NH₄)₂HPO₄，2，MnSO₄·H₂O 0.2，CaCO₃，20，初始pH 7.0；将一环酪乳酸菌G-02种子接入100mL灭菌的培养基中，30℃、140r/min一级摇瓶培养18h后，将6只一级培养液分别接入6只装有3L培养基的5L平底圆烧瓶中，继续二级培养30h；

(3)黑曲霉的产酶：

产酶培养基组成以g/L计为：菊芋粉50，豆饼粉40，蔗糖酯6；将黑曲霉株SL-09接入装有20L产酶培养基的50L发酵罐中，30℃、通风量0.8L/min、转速140r/min，在发酵进行12h后接入酪乳酸菌，即将所得6只二级培养液接入，产酶进程中无需调节pH，总培养时间60h后，产菊粉酶内切酶和外切酶分别达到275.6U/ml和571.8U/mL，所得菊粉酶液用于产L-乳酸，该菊粉酶液不但配置方便，而且具有较强的来自农作物本身的缓冲体系；

(4)同步糖化与发酵产L-乳酸：