[发明专利]凝结芽孢杆菌及其制备L‑乳酸的应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种凝结芽孢杆菌及其利用木质纤维素发酵生产L-乳酸的应用。

背景技术

乳酸是一种广泛应用于食品、医药、纺织和化工等行业的多用途的有机酸。作为一种多功能的绿色平台化合物，乳酸被认为是一种很有前景和良好发展潜力的精细化学品。传统的乳酸菌生产方法主要分为化学合成法和微生物发酵法。与传统的化学合成法相比，采用微生物发酵法可以通过不同的菌株，根据不同的需要生产光学纯的L-乳酸或D-乳酸。

目前采用微生物发酵法生产乳酸主要存在两个瓶颈问题。一方面，发酵法采用可发酵糖如葡萄糖、淀粉等成本较高；另一方面，发酵过程中灭菌、下游分离纯化成本较高。针对第一个瓶颈问题，可以采用更多廉价的可再生原材料，如农业废弃物中的淀粉或木质纤维素材料，及工业和城市废弃物等作为原材料发酵产乳酸，不仅大大降低乳酸的生产成本，还可以解决部分环境问题，变废为宝。针对第二个瓶颈问题，可以选育一些嗜热的芽孢杆菌来进行发酵。由于嗜热芽孢杆菌对外界环境耐受性强，发酵温度高，杂菌污染几率低，故无需对设备等进行灭菌实行开放式发酵，降低了能源、人力等成本。因此，从上述两个瓶颈问题的解决方法来看，选育耐高温的，可以同时利用五碳糖和六碳糖为发酵底物的菌株是解决问题的关键。

对于上述问题，申请公布号为CN102690764的中国发明专利公开了一种用于制备L-乳酸的凝结芽孢杆菌及其应用方法，该菌株能够以五碳糖或六碳糖为原料，进行发酵后得到L-乳酸，且其产量也较高，但是该菌株主要是以木糖醇生产过程中产生的副产物为原料，尤其是以玉米芯水解液中提取的木糖为原料，而且其在发酵过程中需要补加碳源，因此，其应用受到了极大的限制。

申请公布号为CN102643874的中国发明专利公开了芽孢杆菌利用玉米秸秆水解液生产聚合级L-乳酸的方法，具体公开了该芽孢杆菌能够以玉米秸秆水解液作为唯一碳源发酵得到L-乳酸，其L-乳酸产量可达80g/l(每升发酵液生产80gL-乳酸)，虽然其也能够利用玉米秸秆水解液生产L-乳酸，但其产量有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌，其中所述的芽孢杆菌BC-TJ的保藏编号为CGMCC NO.14044。本发明还提供了上述凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌在制备乳酸中的应用，尤其是制备L-乳酸中的应用。

在上述通过凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌制备乳酸的应用中，其原料可为木质纤维素水解液。

示例性地，木质纤维素选自玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆或其他农作物秸秆中的一种或多种。本发明还提供了一种培养基，该培养基包含上述凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌。

示例性的，所述培养基为上述凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌发酵后的培养基。

进一步的，所述培养基中还包含木质纤维素水解液。

示例性的，木质纤维素水解液为玉米秸秆水解液、小麦秸秆水解液、稻草秸秆水解液或其他农作物秸秆水解液。优选地，所述玉米秸秆是经过酸水解或酶水解或酸酶联和水解所得的水解液。

本发明还提供上述凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌经过遗传修改而制备的芽孢杆菌。

本发明还提供制备乳酸的制备方法，其包括通过上述凝结芽孢杆菌BC-TJ或由其传代而产生的芽孢杆菌发酵木质纤维素，优选为木质纤维素水解液。示例性的，木质纤维水解液为玉米秸秆水解液、小麦秸秆水解液、稻草秸秆水解液或其他农作物秸秆水解液。

具体地，本发明所述的制备乳酸的方法包括：将凝结芽孢杆菌BC-TJ或其传代而产生的芽孢杆菌接种于含有木质纤维素水解液(例如玉米秸秆水解液、小麦秸秆水解液、稻草秸秆水解液或其他农作物秸秆水解液)的处理培养基中，在适宜温度下发酵。所述秸秆水解液为秸秆的酸水解液或酶水解液或酸酶联合水解液。

示例性的，上述制备方法包括：将活化后的凝结芽孢杆菌BC-TJ种子液，接种到处理培养基中，在30℃-60℃，优选的为50℃条件下静置培养直至培养基中总还原糖和L-乳酸含量稳定时结束发酵。

示例性的，上述所述酸酶联和水解液的制备方法包括：

1)将秸秆(例如玉米秸秆、小麦秸秆、稻草秸秆或其他农作物秸秆)浸泡在稀硫酸中进行预处理，且任选地，将处理过的秸秆进行水洗，过滤，烘干后用于酶解；

2)在上述预处理后的秸秆中加入纤维素酶液和β-葡萄糖苷酶酶液酶解处理；和