CN1216145C - 一种嗜热乳酸杆菌以及采用该菌种生产l－乳酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嗜热乳酸杆菌(Lactobacillusthermophilus)(SNGBL100)，保藏号为：CGMCC No.0784和采用该菌种发酵生产L-乳酸的方法，包括如下步骤：淀粉质原料用水调浆，加入α-淀粉酶液化后，在发酵液中加入糖化酶，同时接入嗜热性乳酸杆菌CGMCC No.0784，采用边糖化边发酵技术发酵生产L-乳酸。上述方法的优点在于可直接利用玉米、红薯、大米等淀粉质农产品发酵生产L-乳酸，生产成本低廉，采用SSF技术，简化了工艺生产步骤。采用本发明的菌种(SNGBL100)，L-乳酸的转化率在93-95%，L-乳酸的纯度在97—99%。
Description
技术领域
本发明涉及一种嗜热乳酸杆菌以及生产L-乳酸的方法。
背景技术：
乳酸是一种重要的有机酸，学名α-羟基丙酸，在分子结构中有一个不对称碳原子，因此乳酸存在两种异构体，即L-(+)乳酸和D-(-)乳酸。作为一种重要的生物化工材料，L-乳酸被广泛地应用于食品、医药、现代农业、日用化工、有机化工等领域，涵盖大量产品。
传统的生产L-乳酸的方法均采用发酵法，即利用微生物发酵碳源生成L-乳酸的方法。国内外大多数均采用根霉等真菌发酵，其中缺点主要是(1)需要较高的空气系统及搅拌动力系统，对电、蒸汽等能源的消耗较大，生产成本较高；(2)根霉发酵由于是乳酸的异型发酵，在发酵乳酸的过程中根霉同时进行其它路径的代谢，有大量的杂酸伴生，使发酵转化率低，产品质量低。中国专利申请号：96121927.0公开了用凝结芽孢杆菌生产L-乳酸的方法，其特点为营养缺陷型，生产成本较高。中国专利申请号97181922.X，涉及了用细菌发酵含糖发酵液生产乳酸的方法，但该技术对培养基要求较高，在营养底物中需加入乳清蛋白作为特殊营养物，使乳酸生产成本较高。欧洲专利号230.021叙述了连续发酵葡萄糖生产乳酸的方法，其缺点在于：以葡萄糖等精制工业品为原料，营养物质复杂，生产乳酸的成本很高，难以进行大规模化生产。
发明内容
本发明需要解决的技术问题之一是公开一种能够发酵生产L-乳酸的细菌菌种，即嗜热性乳酸杆菌。
本发明需要解决的技术问题之二是公开了一种以细菌发酵生产L-乳酸的方法，以获得高纯度的L-乳酸产品，克服现有技术存在的缺陷。
本发明的技术构思：
本发明的发酵过程是：淀粉质原料用水调浆，加入α-淀粉酶液化后，在发酵液中加入糖化酶，采用边糖化边发酵技术(SimultaneousSacchrification and Formentation简称SSF)，接入嗜热性乳酸杆菌CGMCCNo.0784，发酵生产L-乳酸，采用高温(45-55℃)厌氧发酵工艺，在发酵过程中加入中和剂以控制发酵液的pH为5.0-6.5，更适宜的pH为5.0-5.5。
使用的微生物：
本发明用于生产L-乳酸的微生物是一种属于乳杆菌属的菌种，嗜热性乳酸杆菌(Lactobacillus thermophilus)(SNGBL100)即为具有这种能力的菌种，以下简称SNGBL100，该菌种已于2002年8月6日在中国微生物菌种保藏管理委员会保藏，保藏号为：CGMCC No.0784。
上述菌种具有如下的性质：
1.形态生理生化特征：
形态特征：短杆，略弯曲，直杆状有分段现象，大小不规则，0.9-1.2×5-15μm，液面不产膜。
生理生化特征：革兰氏阳性菌，产L-(+)乳酸，不产生消旋酶，专性同型乳酸发酵。
2.采用的培养基：
固体斜面分离培养基：麦芽汁5°Be，酵母膏0.5％，牛肉膏0.3％，碳酸钙0.6％，琼脂2.5％，121℃20分钟灭菌。
固体纯化培养基：麦芽汁5°Be，牛肉膏0.1％，蛋白胨0.2％，琼脂2.5％，KH2PO40.02％，K2HPO40.02％，MgSO40.01％，NaCl0.01％，121℃20分钟灭菌。
液体增殖培养基：麦芽汁5°Be，葡萄糖2％，酵母膏0.2％，牛肉膏0.3％，KH2PO4 0.02％，K2HPO4 0.02％，NaCl 0.01％，CaCO3 3％，121℃20分钟灭菌。
发酵培养基：
碳源：玉米粉、玉米淀粉、土豆淀粉、薯干粉、木薯粉、葡萄糖、麦芽糖等一种或多种。
氮源：米糠、麸皮、硫酸铵、尿素、麦根、玉米浆等一种或多种。
营养成份：玉米浆、毛发水解液、麦芽汁、玉米胚芽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白等一种或多种。
3.培养条件：
培养温度：45-55℃，更适宜温度：50-55℃。
培养方式：厌氧培养
中和剂：用NaOH、碳酸钙、CaO、KOH等的一种或多种，控制PH在5.0-6.5，更适合PH在5.0-5.5。
根据文献：“伯杰系统细菌学手册”，(Brrgey’s Manual of SystematicBacteriology)提供的鉴定方法和上述的试验结果表明，上述菌种属于乳杆菌属的菌种。
本发明所用菌种的来源：
以5°Be麦芽汁在厌氧条件下，培养5天，采集生产有机酸的菌株，并以物理和化学诱变方式分离筛选出高产、高纯度的L-乳酸生产菌株。具体的非限制性地分离方法可以以下述方式进行：
在液体增殖培养基中滴入数滴酸泔水(饲养场采集)，于50下厌氧培养3天，以同样方式转接3-4次后，取装有玻璃珠的无菌水三角瓶和用于稀释的装有9ml无菌水的试管10-20支，吸取1ml富集菌液于三角瓶内，打散菌体后吸1ml于稀释管内，依次吸取1ml至无菌试管进行10-1-10-10倍的稀释，取10-7-10-9稀释度的稀释液，各吸取0.1ml于固体分离培养基，培养3天后挑选单个的菌株小、透明圈大的菌落，接于液体培养基中，于厌氧条件下培养3天，以HPLC分析L-乳酸纯度，保藏纯度＞99％的L-乳酸菌株。
本发明所用的分析方法：
采用斐林氏方法测定总糖，以EDTA测定L-乳酸钙含量；
以NaOH滴定法测定酸解后的发酵液中L-乳酸的含量；
以HPLC法测定L-乳酸纯度。
采用上述SNGBL100菌种可发酵生产L-乳酸，生产方法包括如下步骤：
将所说的菌种接入含有淀粉质(或糖)及氮源营养物质的培养基中进行发酵培养，厌氧条件下于50-56℃发酵生产L-乳酸，更适宜的温度为50-55℃，以NaOH、液氨、CaCO3、KOH、CaO等碱性物质的一种或多种调节发酵液pH值至5.0-6.5，更适合的pH为5.0-5.5，培养时间为48-72小时。
所说的淀粉质包括玉米粉、玉米淀粉、薯干粉、土豆粉、土豆淀粉或木薯粉中的一种或一种以上；
所说的糖包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或乳糖等的一种或多种。所说的氮源包括米糠、麸皮、麦芽、麦根、硫酸铵、尿素、玉米浆等的一种或多种。所说的营养物质即包括：玉米浆、米糠、麸皮、麦芽汁、麦根、胚芽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白等的一种或几种。
采用本发明的菌种和生产方法，优点在于可直接利用玉米、红薯、大米等淀粉质农产品粗原料发酵生产L-乳酸，生产成本低廉，采用SSF技术，简化了生产步骤。采用本发明的菌种(SNGBL100)，L-乳酸的转化率在93-95％，L-乳酸的纯度在97-99％。
具体实施方式
本发明将通过以下非限制性的实例具体说明技术的实施方式。
实施例1
发酵培养基，玉米粉8％，米糠0.5％，K2HPO40.02％，NaCl0.01％，121℃20分钟灭菌；加0.1％的高温α-淀粉酶，液化1小时，加0.1％的糖化酶，同时接入5％种量，55±1℃培养，流加无菌碳酸钙4％，48小时检测产L-乳酸6.4％，纯度98.9％。
实施例2
以4-8％的玉米淀粉为碳源，0.1-4.0％的米糠为营养源，加自来水调匀，加0.1％的高温α-淀粉酶，液化1小时后，冷却至55℃，加入0.05％的糖化酶，同时接入5-10％嗜热性乳酸菌增殖液，保持55±1℃，厌氧发酵，流加CaCO3调节PH值至5.0-6.5，在5-50L自控罐上经过48-72小时的培养，生产L-乳酸。结果见下表1。
表1
实施例3
发酵培养基，葡萄糖5％，硫酸铵0.5％，121℃20分钟灭菌；55±1℃培养，流加无菌碳酸钙4％，48小时检测产L-乳酸4.6％，纯度99.8％。
实施例4
以8-13％土豆淀粉为碳源，玉米浆为营养物质，以10-15μ/克淀粉的添加量加入高温α-淀粉酶，液化以高压连续喷射泵完成，经维持罐后进发酵罐冷却至55℃，加入量为100-200μ/克淀粉的糖化酶，同时接入5-10％的嗜热性乳酸杆菌增殖液，发酵48-72小时，发酵温度55±1℃，厌氧发酵，流加CaCO3调节pH值至5.0-6.5，在1000-5000L发酵罐上实现结果见下表。
表2
Claims (11)
1.一种嗜热性乳酸杆菌CGMCC No.0784。
2.一种以嗜热性乳酸杆菌为菌种生产L-乳酸的方法，其特征在于包括如下步骤：将嗜热性乳酸杆菌CGMCC No.0784接入含有淀粉质或糖的培养基中，同时添加必要的氮源及营养物质，以碱性物质调节发酵液pH，即获得L-乳酸。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在厌氧条件下进行发酵培养。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于对淀粉质原料采用边糖化边发酵技术(Simultaneous Sacchrification and Formentation)。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于发酵液pH为5.0-6.5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于pH为5.0-5.5。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于发酵培养温度为45-55℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于温度为50-55℃。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述及的碱性物质包括NaOH、液氨、CaCO3、KOH、CaO中的一种或多种。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所说的淀粉质物质包括玉米粉、玉米淀粉、薯干粉、土豆粉、土豆淀粉或木薯粉中的一种或一种以上。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所说的糖包括葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或乳糖中的一种或多种。
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