CN104498566A - 一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法及其应用，属于生物工程技术领域。本发明包括如下步骤：以农业废弃物菜籽粕和麸皮等为原料，添加甘油、磷酸盐等营养元素，利用铜绿假单胞菌AB93066（购自CCTCC）进行半固态发酵制得鼠李糖脂。本发明可省去消泡操作，获得含鼠李糖脂的发酵产物经过灭菌可直接应用于重金属污染土壤的生物修复，同时鼠李糖脂还具有抑制病菌的作用，菜籽粕肥田也增加土壤有机质。

Description

一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法及其应用，属生物工程技术领域。

背景技术

截止2014年12月数据，当前中国耕地退化占总面积40%以上，土壤肥力下降并板结，腐殖质厚度下降，主要依靠化学肥料；而且据说中国有3亿亩土地遭受重金属污染。中国以占世界7%可耕种土地支持世界20%的人口，其压力巨大，重金属污染土地严重威胁我国粮食保障。

鼠李糖脂是一种生物表面活性剂，具有较强的表面和界面活性，低毒、可生物降解性，被广泛用于石油开采、环境保护、医药化工、食品以及农业上。鼠李糖脂是一种阴离子表面活性剂，所以当它在土壤中遇到金属阳离子时可以通过静电作用形成离子键。这种离子键比金属离子与土壤之间的吸引作用更强。鼠李糖脂胶束的极性端可以与金属连接从而增强土壤表面金属的水溶性，使土壤在水洗过程中更加容易得到修复。研究表明，鼠李糖脂能够去除土壤中的铜、铅、砷、镉等重金属，鼠李糖脂溶液对于被土壤吸附的Cd和Pb也表现出优异的去除效果。

虽然鼠李糖脂具有潜在的广泛用途，但发酵过程中易产生泡沫，难以控制。一般鼠李糖脂发酵主要利用油脂为原料，发酵过程中鼠李糖脂与油脂之间产生严重乳化，造成纯化困难。而以甘油为底物进行发酵时，鼠李糖脂的得率较低。目前我国主要有两家企业在生产，鼠李糖脂的发酵一般采用各类植物油作为碳源，发酵周期较长，消泡困难且成本高，发酵原料成本也较高，这些都制约了鼠李糖脂的大规模工业化应用。

油菜是我国最重要的油料作物，年均种植面积1.1亿～1.2亿亩，总产1000万吨左右,均居世界首位，而其副产物菜籽粕产量约为900万吨。我国菜籽粕国内消费主要用于养殖饲料行业，另外部分农村地区菜籽粕被农民直接用于肥田。

基于可持续性发展新型农业和保障我国粮食稳产，我们发明一种利用廉价农业废弃物进行鼠李糖脂的半固态发酵生产，可直接在农村利用简易固态发酵设施进行生产，然后应用于重金属污染土壤的生物修复。

发明内容

本发明的目的是提供一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法及其应用，以廉价农业废弃物菜籽粕、麸皮等为原料，再添加廉价的工业级甘油和磷酸盐等营养物质，通过半固态发酵可以获得鼠李糖脂，省去消泡操作，产品具有重金属土壤修复功能。

本发明的技术方案：一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法，以铜绿假单胞菌AB93066（购自CCTCC，公开于：汪萍萍等，铜绿假单胞菌对白腐菌产木质纤维素降解酶的影响，《环境科学学报》第31卷第10期，2025-2031）为出发菌株，利用含有农业废弃物，再添加磷酸二氢钾、硫酸镁、硝酸钠、甘油作为半固态发酵培养基，半固态发酵培养基组分以g/L计：农业废弃物150-160，磷酸二氢钾5～10，硫酸镁0.1～1，硝酸钠2～10，甘油10～60，以自来水定容至1L；121℃灭菌15min，接种量6%，在37℃，100-150rpm发酵12d，然后发酵醪液经过80℃巴氏灭菌30min或蒸汽灭菌15min，即得含鼠李糖脂的产品。

半固态发酵培养基中农业废弃物包括菜籽粕、棉籽粕、麸皮、秸秆、花生壳、稻壳中的一种或其组合。

用所述方法制备的鼠李糖脂的应用：在被重金属污染土壤修复中的应用。

所得含鼠李糖脂发酵醪液加水稀释2～10倍，至鼠李糖脂的浓度为1 g/L，按照每kg土壤淋洗1～5g鼠李糖脂，可降低土壤和种植蔬菜的重金属含量。

用含鼠李糖脂发酵醪液加水稀释2～10倍，被重金属污染的每kg土壤淋洗或施灌1～5g的鼠李糖脂。鼠李糖脂发酵醪液能去除土壤中的铅、镉、砷、铜、铬重金属。

本发明的有益效果：本发明采用半固态发酵生产鼠李糖脂，省去繁琐消泡操作，而半固态发酵产生泡沫很少，可以较好利用菜籽粕等农业废弃物里剩余的油脂和添加的甘油进行鼠李糖脂的合成。发酵产物可直接用于重金属污染土壤的生物修复，同时提高土壤腐殖质，提升土壤肥力，对促进粮食增收稳产和食品安全具有重要意义。

具体实施方式

实施例1  摇瓶进行半固态发酵制备鼠李糖脂

以铜绿假单胞菌AB93066为出发菌株进行发酵，培养基包括（g/L）: 菜籽粕 100，麸皮50，磷酸二氢钾7，硫酸镁0.3，硝酸钠6，工业甘油40。在250mL摇瓶中装50mL自来水，加入相应的培养基组分配制成半固态发酵培养基，在121℃灭菌15min，接种量6%，在37℃摇床 100rpm发酵12d，鼠李糖脂产量达到19 g/kg。将发酵醪液在80℃巴氏灭菌30min即获得产品。

实施例2  发酵罐中进行半固态发酵制备鼠李糖脂

以铜绿假单胞菌AB93066为出发菌株进行发酵，培养基包括（g/L）: 菜籽粕 100，麸皮40，粉碎秸秆 20，磷酸二氢钾7，硫酸镁0.3，硝酸钠6，工业甘油40。在7L发酵罐中装3L自来水，加入培养基相应组分，在121℃灭菌15min，接种量6%，在37℃，150rpm发酵12d，最终鼠李糖脂产量达到30 g/kg。将发酵醪液通入蒸汽灭菌15min即可获得产品。

实施例3  鼠李糖脂在重金属污染土壤修复中的应用

将含有鼠李糖脂的发酵醪液加水稀释2～10倍体积，使得溶液鼠李糖脂的浓度为1 g/L。从重金属污染土地挖取铅、镉污染的土壤，按照每个花盆1kg分装入该土壤，然后加入含有鼠李糖脂的发酵醪液溶液进行淋洗4次。随后在花盆中种植生菜苗，两个月后，测定土壤和生菜的重金属含量，与对照相比，发现土壤中铅从153 mg/kg降低到20 mg/kg，镉含量从51 mg降低到4 mg/kg，生菜中铅含量从3.6mg/kg减少到0.056mg/kg，镉含量从2.1 mg/kg减少到0.047 mg/kg。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法，其特征在于：以铜绿假单胞菌AB93066为出发菌株，利用含有农业废弃物，再添加磷酸二氢钾、硫酸镁、硝酸钠、甘油作为半固态发酵培养基，半固态发酵培养基组分以g/L计：农业废弃物150-160，磷酸二氢钾5～10，硫酸镁0.1～1，硝酸钠2～10，甘油10～60，以自来水定容至1L；121℃灭菌15min，接种量6%，在37℃，100-150rpm发酵12d，然后发酵醪液经过80℃巴氏灭菌30min或蒸汽灭菌15 min，即得含鼠李糖脂的产品。

2.根据权利要求1所述的半固态发酵法制备鼠李糖脂的方法，其特征在于：半固态发酵培养基中农业废弃物包括菜籽粕、棉籽粕、麸皮、秸秆、花生壳、稻壳中的一种或其组合。

3.用权利要求1所述方法制备的鼠李糖脂的应用，其特征在于在被重金属污染土壤修复中的应用。

4.根据权利要求3所述鼠李糖脂的应用，其特征在于，所得含鼠李糖脂发酵醪液加水稀释2～10倍，至鼠李糖脂的浓度为1 g/L，按照每kg土壤淋洗1～5g鼠李糖脂，可降低土壤和种植蔬菜的重金属含量。

5.根据权利要求3所述鼠李糖脂的应用，其特征在于，含鼠李糖脂发酵醪液加水稀释2～10倍，被重金属污染的每kg土壤淋洗或施灌1～5g的鼠李糖脂。

6.根据权利要求3所述鼠李糖脂的应用，其特征在于，鼠李糖脂发酵醪液能去除土壤中的铅、镉、砷、铜、铬重金属。