CN113774095A - 一种提高出芽短梗霉菌株发酵产重油能力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高出芽短梗霉菌株发酵产重油(liamocin)能力的方法及其应用,属于发酵工程与生物技术领域。本发明通过利用添加了氧载体、非离子型表面活性剂以及短链多元醇的木质纤维素水解液来发酵,以期提高liamocin的产量,将生产所获的liamocin作为食品增味剂应用于中老年营养保健品中。

Description

一种提高出芽短梗霉菌株发酵产重油能力的方法
技术领域
本发明公开了一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,属于发酵工程与生物技术领域。
技术背景
Liamocin是由出芽短梗霉在特定培养条件下所产的活性多元醇酯类物质,由一个单甘露醇头基或阿拉伯醇头基和部分O-酰基与聚酯尾酰化,以及含有三或四个3,5-二羟基癸酸酯基的聚酯尾等部分组成。Liamocin可以水解为多元醇和脂肪酸,其中多元醇部分可应用于防腐材料,脂肪酸部分可应用于生产生物柴油和生物燃料。
细胞内油脂萃取技术复杂,菌体生长消耗部分,脂肪酸甲酯在结构上难以进行改造,产生的脂肪酸稳定性差,在环境条件不完善时不易保存。出芽短梗霉发酵产liamocin为胞外油脂,且密度比水大,往往沉积在发酵瓶的底部,可以利用离心的方法使发酵液分层,然后利用有机溶剂将liamocin萃取出来,此方式大大降低了酯化反应所需的费用,精简了工艺流程。
木质纤维素是当前全世界范围内广泛存在的可再生物质,田间的各类农作物秸秆未得到有效充分利用,往往都是通过焚烧的方式进行处理,这样不仅浪费了资源,还对环境造成了一定程度上的污染。因此,提高农作物废弃秸秆的利用率以及提高出芽短梗霉发酵产 liamocin的能力成为本发明的重点。
发明内容
1、本发明的目的在于提供一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin 能力的方法。
为实现上述目的,本发明提供一种提高出芽短梗霉发酵产liamocin的方法,具体步骤如下:
(1)将农作物秸秆用物理粉碎研磨,化学稀酸高温处理以及酶解等步骤得到木质纤维素完全水解液。其中稀酸为2.0%(v/v)稀硫酸,处理温度为121℃,时间为60分钟,所用的酶为纤维素酶、半纤维素酶。纤维素酶和半纤维素酶是复合酶类,在复合酶协同作用下最终将纤维素和半纤维素水解为小分子多糖或者单糖。
具体操作:按固液1:10将木质纤维素细粉与2.0%(v/v)稀硫酸置于121℃下水解60分钟后过滤,滤液中添加Ca(OH)2至pH值10.0,静置60分钟过滤除沉淀,再用5mol/L硫酸调至pH值5.5,静置90 min后取滤液;木质纤维素滤渣水洗至中性后,按固液比1:10添加2.0wt%NaOH,于45℃,180r/min条件下振荡12小时,过滤、水洗至中性后干燥,将干燥所得固体以固液比1:10加入到过石化处理后的水解液中,加25~35FPIU/g固体纤维素酶和20~30FPIU/g半纤维素酶,在50℃,180r/min下振荡72小时后即得木质纤维素完全水解液。
(2)发酵培养基的配制:在木质纤维素完全水解液中添加量别为 1.7~10.2%(v/v)氧载体、1.2~15.7%(v/v)非离子型表面活性剂以及 2.9~20.6g/L短链多元醇。其中氧载体可以为正己烷、正庚烷、正十二烷、正十六烷、PDMS中的一种或多种;非离子型表面活性剂可以为吐温20、吐温40、吐温60或吐温80中的一种或多种;短链多元醇可以为甘露醇、丙三醇、山梨糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇中的一种或多种。
(3)菌种活化:将甘油保藏的菌种常温解冻后接种于种子培养基中,于恒温培养摇床26~30℃,160~220r/min培养14~20小时。
(4)种子活化:将活化的菌种以2%的比例转接至种子培养基中,于恒温培养摇床26~30℃,160~220r/min培养12~15小时。
(5)发酵培养:将步骤(4)中培养好的种子液以5%的比例接种至发酵培养基中,于恒温培养摇床26~30℃,160~220r/min培养6~9天。
(6)Liamocin的提取:将步骤(5)发酵后的发酵液于6000~8000rpm转速下离心5~8分钟,弃去上清液,加入等体积的乙酸乙酯和少量去离子水,将萃取的含有liamocin的有机层吸取至新的刻度管中,重复操作三次,将所得有机层溶液于65~75℃条件下旋转蒸发10~15min,得到 liamocin,并称重计算出产量。
(7)将所得的liamocin添加到中老年保健品中充当食品增味剂。
本发明的优点:通过出芽短梗霉利用木质纤维素完全水解液发酵产 liamocin,提高了农作物秸秆利用率,改善了因焚烧秸秆造成的环境污染问题。同时在水解液中添加氧载体、非离子型表面活性剂、短链多元醇,显著提高了liamoicn的产量。还提供了一种liamocin的应用,即将liamocin作为中老年营养保健品中添加的食品增味剂。
附图说明
图1为出芽短梗霉发酵过程中liamocin沉积在发酵瓶底部的图片。
图2为摇瓶底部凹槽仰视图。
图3为摇瓶侧视图。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修饰、等同替换及改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
下述实例所用的出发菌株为出芽短梗霉NRRL62031,购自美国农业部菌种保藏中心,所述YPD培养基为通用的完全培养基。
实施例1:出芽短梗霉利用小麦秸秆水解液进行发酵培养
本实例所用发酵培养瓶底部凹槽规格为长3厘米、宽3厘米、高 2厘米。本发明的出芽短梗霉利用小麦秸秆水解液用于发酵生产 liamocin的方法如下:
(1)小麦秸秆预处理:按固液1:10将小麦秸秆细粉与2.0%(v/v)稀硫酸置于121℃下水解60分钟后过滤,滤液中添加Ca(OH)2至pH值 10.0,静置60分钟过滤除沉淀,再用5mol/L硫酸调至pH值5.5,静置90min后取滤液;小麦秸秆滤渣水洗至中性后,按固液比1:10添加2.0wt%NaOH,于45℃,160r/min条件下振荡12小时,过滤、水洗至中性后干燥,将干燥所得固体以固液比1:10加入到过石化处理后的水解液中,加28FPIU/g固体纤维素酶和23FPIU/g半纤维素酶,在50℃,160r/min下振荡72小时后即得小麦秸秆完全水解液。
(2)发酵培养基的配制:在小麦完全水解液中添加7g/L甘露醇、8%(v/v) 正十二烷、5%(v/v)吐温20,于121℃灭菌20分钟。
(3)菌种活化:将甘油保藏的菌种常温解冻后接种于YPD培养基中,于28℃恒温培养摇床160r/min培养14小时。
(4)种子活化:将活化的菌种以2%的比例转接至YPD培养基中,于 28℃恒温培养摇床160r/min培养12小时。
(5)发酵培养:将步骤(2)中培养好的种子液以5%的比例接种至发酵培养基中,于摇床28℃,160r/min培养6~9天。
(6)Liamocin的提取:将步骤(5)发酵后的发酵液于6000rpm转速下离心5~8分钟,弃去上清液,加入等体积的乙酸乙酯和少量去离子水,将萃取的含有liamocin的有机层吸取至新的刻度管中,重复操作三次,将所得有机层溶液于67℃条件下旋转蒸发10~15min,得到liamocin,称重计算得出产量为42.35g/L。
实施例2:出芽短梗霉利用水稻秸秆水解液进行发酵培养
本实例所用发酵培养瓶底部凹槽规格为长2.8厘米、宽2.8厘米、高1.87厘米。本发明的出芽短梗霉利用水稻秸秆水解液用于发酵生产liamocin的方法如下:
(1)水稻秸秆预处理:按固液1:10将水稻秸秆细粉与2.0%(v/v)稀硫酸置于121℃下水解60分钟后过滤,滤液中添加Ca(OH)2至pH值 10.0,静置60分钟过滤除沉淀,再用5mol/L硫酸调至pH值5.5,静置90min后取滤液;水稻秸秆滤渣水洗至中性后,按固液比1:10添加2.0wt%NaOH,于45℃,180r/min条件下振荡12小时,过滤、水洗至中性后干燥,将干燥所得固体以固液比1:10加入到过石化处理后的水解液中,加30FPIU/g固体纤维素酶和24FPIU/g半纤维素酶,在50℃,180r/min下振荡72小时后即得水稻秸秆完全水解液。
(2)发酵培养基的配制:在小麦完全水解液中添加6g/L丙三醇、5%(v/v) 正十六烷、7%(v/v)吐温80,于121℃灭菌20分钟。
(3)菌种活化:将甘油保藏的菌种常温解冻后接种于YPD培养基中,于30℃恒温培养摇床180r/min培养14小时。
(4)种子活化:将活化的菌种以2%的比例转接至YPD培养基中,于 30℃恒温培养摇床180r/min培养12小时。
(5)发酵培养:将步骤(2)中培养好的种子液以5%的比例接种至发酵培养基中,于摇床30℃,180r/min培养6~9天。
(6)Liamocin的提取:将步骤(5)发酵后的发酵液于7000rpm转速下离心5~8分钟,弃去上清液,加入等体积的乙酸乙酯和少量去离子水,将萃取的含有liamocin的有机层吸取至新的刻度管中,重复操作三次,将所得有机层溶液于65℃条件下旋转蒸发10~15min,得到liamocin,称重计算得出产量为45.12g/L。
实施例3:出芽短梗霉利用大豆秸秆水解液进行发酵培养
本实例所用发酵培养瓶底部凹槽规格为长2.6厘米、宽2.6厘米、高1.73厘米。本发明的出芽短梗霉利用大豆秸秆水解液用于发酵生产liamocin的方法如下:
(1)大豆秸秆预处理:按固液1:10将大豆秸秆细粉与2.0%(v/v)稀硫酸置于121℃下水解60分钟后过滤,滤液中添加Ca(OH)2至pH值 10.0,静置60分钟过滤除沉淀,再用5mol/L硫酸调至pH值5.5,静置90min后取滤液;大豆秸秆滤渣水洗至中性后,按固液比1:10添加2.0wt%NaOH,于45℃,200r/min条件下振荡12小时,过滤、水洗至中性后干燥,将干燥所得固体以固液比1:10加入到过石化处理后的水解液中,加25FPIU/g固体纤维素酶和20FPIU/g半纤维素酶,在50℃,200r/min下振荡72小时后即得水稻秸秆完全水解液。
(2)发酵培养基的配制:在小麦完全水解液中添加9g/L阿拉伯糖醇、 7%(v/v)PDMS、6%(v/v)吐温60,于121℃灭菌20分钟。
(3)菌种活化:将甘油保藏的菌种常温解冻后接种于YPD培养基中,于28℃恒温培养摇床200r/min培养14小时。
(4)种子活化:将活化的菌种以2%的比例转接至YPD培养基中,于 28℃恒温培养摇床200r/min培养12小时。
(5)发酵培养:将步骤(2)中培养好的种子液以5%的比例接种至发酵培养基中,于摇床28℃,200r/min培养6~9天。
(6)Liamocin的提取:将步骤(5)发酵后的发酵液于6500rpm转速下离心5~8分钟,弃去上清液,加入等体积的乙酸乙酯和少量去离子水,将萃取的含有liamocin的有机层吸取至新的刻度管中,重复操作三次,将所得有机层溶液于70℃条件下旋转蒸发10~15min,得到liamocin,称重计算得出产量为46.35g/L。

Claims (10)

1.一种提高出芽短梗霉菌株发酵产重油(liamocin)的方法及其应用,其特征在于利用添加了氧载体、表面活性剂以及短链多元醇的木质纤维素水解液来发酵,用以提高liamocin的产量,且恒温摇床转速和摇瓶底部凹槽尺寸满足特定函数关系。
2.权利要求1所述的一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,其特征在于,所述氧载体为正己烷、正庚烷、正十二烷、正十六烷、PDMS中的一种或多种。
3.权利要求2所述的氧载体,其特征在于,添加量为1.7~10.2%(v/v)。
4.权利要求1所述的一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,其特征在于,所述非离子型表面活性剂为吐温20、吐温40、吐温60或吐温80中的一种或多种。
5.权利要求4所述的非离子型表面活性剂,其特征在于,添加量为1.2 ~ 15.7%(v/v)。
6.权利要求1所述的一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,其特征在于,所述短链多元醇为甘露醇、丙三醇、山梨糖醇、阿拉伯糖醇、木糖醇中的一种或多种。
7.权利要求6所述的短链多元醇,其特征在于,添加量为2.9~20.6g/L。
8.权利要求1所述的一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,其特征在于,所述木质纤维素的颗粒直径大小为20~200目,水解后碳源浓度范围为45~120g/L。
9.权利要求1所述的一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,其特征在于,恒温摇床转速和摇瓶底部凹槽尺寸存在y=-100x+460的一次函数关系,所述的y为恒温摇床转速,x为摇瓶底部凹槽尺寸,此处可变,范围是2.3<x<3.5。
10.权利要求1所述的一种提高出芽短梗霉菌株发酵产liamocin能力的方法及其应用,其特征在于,所述liamocin作为中老年营养保健品中增味剂的应用。
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