[发明专利]一种乳酸杆菌和由木质纤维素稀酸水解液发酵生产乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乳酸杆菌和使用该乳酸杆菌的由木质纤维素稀酸水解液发酵生产乳酸的方法。

背景技术

目前利用稀酸预处理木质纤维素被认为是最有效和经济的水解方式，但是利用木质纤维素稀酸水解液发酵生产大宗化学品如乳酸，存在两大难点。一是木质纤维素稀酸水解液的糖组分复杂，不仅含有葡萄糖，也包含大量的木糖和阿拉伯糖等五碳糖。传统的乳酸发酵微生物往往缺乏五碳糖代谢的能力，或者因存在葡萄糖阻遏效应，而严重影响了水解液中五碳糖的利用。二是木质纤维素稀酸水解液中存在大量的抑制物如有机酸，酚类和糠醛类物质，这些抑制物对微生物的生长代谢具有明显的抑制作用。因此筛选或者基因改造能够同时代谢葡萄糖和木糖，同时又对木质纤维素稀酸水解液中的抑制物具有抗性的菌种，成为解决利用木质纤维素稀酸水解液生产乳酸的关键所在。

一些研究报道了，利用菌株如戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)^[1]，短乳杆菌(Lactobacillus brevis)^[2]，干酪乳杆菌(Lactobacillus.casei ssp.Rhamnous)^[3]，冷凝芽孢杆菌(Bacillus coagulancs)^[4]和基因工程大肠杆菌(E.coli)^[5]发酵木质纤维素水解液生成乳酸。干酪乳杆菌因其存在葡萄糖阻遏效应，同时对木质纤维素水解液中的代谢抑制物比较敏感，当水解液中的糖含量达到5g/l，干酪乳杆菌的生长就因水解液中的抑制物受到抑制。，冷凝芽孢杆菌和基因工程大肠杆菌虽然能够同时利用水解液中的葡萄糖和木糖，但是当水解液中的木糖含量分别达到35g/l和15g/l时，其生长就因水解液中的抑制物而受到阻遏。木质纤维素稀酸水解液虽然可以通过生物，物理或化学的方法脱毒，但是势必增加乳酸发酵的成本。

为能够获得不存在葡萄糖阻遏效应，同时对木质纤维素稀酸水解液的抑制物具有一定抗性的菌株，本发明通过大量筛选工作，从酸菜中筛选到一株短乳杆菌(L.brevis S3F4)，该菌株可同时利用葡萄糖和木糖，同时对木质纤维素稀酸水解液中的代谢抑制物具有良好的抗性。抗性试验和木质纤维素稀酸水解液发酵试验表明该菌株可以应用到木质纤维素水解液发酵乳酸的生产当中，具有良好的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种短乳杆菌，该短乳杆菌的保藏编号为：CGMCC3051，其具有能够直接发酵未经脱毒处理的木质纤维素稀酸水解液而生产乳酸的能力。

本发明的另一个目的是提供一种由木质纤维素稀酸水解液发酵生产乳酸的方法，其中，该方法包括：将所述短乳杆菌制成种子液，将所述种子液接种于发酵培养基中进行发酵，所述发酵培养基含有以下组分：木质纤维素稀酸水解液50-200ml/l，蛋白胨5-15g/l，酵母粉5-15g/l，牛肉膏5-10g/l，MgSO₄ 0.1-0.5g/l，MnSO₄ 0.1-0.5g/l，NaCl 0.01-0.05g/l，FeSO₄ 0.01-0.05g/l，NaAC 2-8g/l，柠檬酸铵1-5g/l，KH₂PO₄ 1-5g/l，吐温801-5ml/l，所述木质纤维素稀酸水解液的含糖量为20-80g/l。

本发明的菌株是通过大量筛选工作，以木质纤维素稀酸水解液为底物筛选到的，该菌能够同时代谢木质纤维素中的木糖和葡萄糖，不存在葡萄糖阻遏效应，同时对稀酸水解液中的抑制物具有良好的抗性。该菌株已于2009年5月4日保存于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号)，保藏号为CGMCC 3051。

本发明菌株可耐受10mM的阿魏酸和20mM的糠醛，在该两种浓度抑制物存在的情况下，以25g/l木糖为底物，经24h发酵可产生18.2和18.9g/l的乳酸。

将本发明菌株应用在木质纤维素稀酸水解液发酵中，在稀酸水解液不经过脱毒的情况下，接种5％，该菌株利用初始糖含量为56.9g/l的稀酸水解液(葡萄糖4.0g/l，木糖46.4g/l，阿拉伯糖，6.5g/l)，在48h内生成乳酸39.1g/l，乳酸转化率和产率分别达到0.7和0.81。