CN1906290A - 一种用乳酸菌生产高浓度和高产量乳酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用从泡菜分离和鉴定的乳酸菌(LACTOBACILLUS PARACASEI)CJLA0310 KCCM－10542生产高浓度和高产量乳酸的方法。乳酸是一种非常重要的有机酸，应用范围很广，包括食品添加剂，如食品防腐剂、调味剂、或酸化剂，和工业领域如化妆品、化学、金属、电子、纺织、纺织印染和制药业。尤其，乳酸是一种可生物降解塑料聚乳酸的基本成分，聚乳酸可以用于替代造成环境污染的非生物降解塑料。

Description

一种用乳酸菌生产高浓度和高产量乳酸的方法
技术领域
本发明涉及一种用新型乳酸菌生产乳酸的方法。本发明尤其涉及一种用从泡菜(kimchi)中分离和鉴定的乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310 KCCM-10542生产高浓度和高产量的乳酸的方法。
背景技术
乳酸是一种非常重要的有机酸，它的应用十分广泛，包括用于食品添加剂，如食品防腐剂、调味剂或酸化剂，以及用于工业领域，如化妆品、化学、金属、电子、纺织、纺织印染和制药业。另外，乳酸是一种可生物降解塑料聚乳酸的主要成分。最近几年，出现几个令人关注的问题，如石油价格上涨、石油耗竭和非降解的石化来源的塑料。这些关注的问题将人们的兴趣转到环境友好的聚合物质，反对造成环境污染的非生物降解塑料。由此，乳酸的需求迅速增加。世界范围内的乳酸产量大约是每年100,000吨，以5％的速度增长。将可生物降解塑料的稳步增长考虑进去，乳酸的需求在近几年内会有更大的增长。由于乳酸是一种反应性活泼的有机酸，其包括一个羟基和一个羧基。它还是许多化学制品的重要成分，这些化学制品包括聚乳酸、乙醛、聚丙二醇、丙烯酸和2，3-pentathione。另外，乳酸还可用于制造乳酸乙酯，乳酸乙酯是可生物降解的、无毒溶剂，可被广泛用于电子仪器、涂料、纺织、清洁剂、粘合剂或印刷品的制造中。
如上所述的，乳酸是一种非常有用和有价值工业原料。通常，乳酸是通过传统化学合成方法或用碳水化合物作为底物通过生物发酵方法生产的。在很多情况下优选采用后者，因为化学合成方法除了石油价格上涨带来的原料价格上涨或环境污染问题外，还会带来其它问题。例如，乳酸的传统化学合成不仅生成乳酸，还生成由等量的D-乳酸和L-乳酸组成的外消旋混合物，这是无活性的D，L乳酸。且，D-乳酸和L-乳酸的比率无法控制。因此，当用外消旋乳酸制备聚乳酸时会产生低熔点的无定形聚合物，成为广泛应用的障碍。另一方面，使用微生物进行生物发酵可依据所用菌株而选择性生产D-乳酸或L-乳酸。例如，诸如乳酸菌(Lactobacillus)，枯草芽孢杆菌属(Bacillus)，根霉(Rhizopus)，链球菌(Streptococcus)和肠球菌(Enterococcus)的微生物通常用来生产L-乳酸。诸如明串珠菌属(Leuconostoc)和Lactobacillus vulgaricus的微生物通常用来生产D-乳酸。由于D-乳酸不能在体内代谢，化妆品或食品工业优选使用L-乳酸。纯的L-乳酸可用于制备聚乳酸。在此过程中，聚乳酸被转变成熔点为180℃的晶体形式。另外，聚乳酸的物理特性可以通过调节用于聚合的D-乳酸的含量而得到控制。总而言之，L-乳酸可用于各种塑料的替代物。
如上所述，乳酸具有成为广泛工业应用中环境友好的替代物材料的潜力。因此，通过生物发酵形成一种比传统化学合成更经济的生产乳酸的方法是非常重要的。因此，急需找到一种生产乳酸的菌株以及成本合理的生产乳酸的方法。
附图说明
本发明的上述和其它目标、特征和优点可以通过结合附图的以下详细描述中得到清楚的理解，其中：
图1是一曲线图，其呈现了使用乳酸菌(Lctobacillus paracasei)CJLA0310在包含180g/L葡萄糖，15g/L酵母提取物和10g/L蛋白胨的培养基中进行乳酸发酵中的发酵时间、细胞浓度和葡萄糖浓度和乳酸浓度之间的关系。
图2是一曲线图，其呈现了使用乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310在包含180g/L葡萄糖，7g/L蛋白胨和15g/L CSP(玉米浸渍粉)的培养基中进行乳酸发酵中的发酵时间、细胞浓度和葡萄糖浓度和乳酸浓度之间的关系。
发明的公开
技术问题
因此，本发明是在鉴于上述问题的基础上，本发明的目的就是提供一种生产乳酸的微生物，通过生物发酵更有效地生产工业上有用的乳酸。本发明尤其针对开发一种高浓度和高产量地生产工业上有用的乳酸的方法，该方法包括分离具有生长效率高、乳酸生产力高的特点的乳酸菌。
本发明的另一目的是提供一种生产乳酸的菌株，该菌株具有以下特点：在生物乳酸发酵过程中能高产量地生产乳酸、发酵结束后的发酵肉汤中的乳酸浓度高、发酵时间短、产率高和经济效率高。
技术方案
根据本发明的一个方面，上述和其它目的可以通过提供一种生产高纯度乳酸的方法而实现，该方法使用了具有出色的乳酸生产能力的被分离和鉴定为乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310 KCCM-10542的新型菌株。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了用从泡菜中分离和鉴定的乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310生产高浓度和高产量乳酸的发酵方法，以及一种在适当的培养条件下培养该菌株而调节L-乳酸和D-乳酸的产量比例的方法。
根据本发明的另一个方面，提示了在培养液中利用低成本玉米浸渍粉代替酵母提取物减少乳酸生产成本的可能，使用酵母提取物是公知的制造成本提高的关键原因。
尽管出于举例说明的目的，公开了本发明的优选实施方式，本领域技术人员仍可理解在不背离本发明权利要求书所公开的范围和精神下，可对这些方案进行各种改变、添加和替代。
有益效果
乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310是一种从泡菜分离出的生产乳酸的菌株，在合适的培养条件下能生产高浓度和高产量的可选择纯度的L-乳酸。本发明提供了一种应用于工业的有机酸L-乳酸的生物生产方法。该生物生产方法可大规模生产从碳水化合物角度而言的高产量和高生产率的乳酸，从而使本发明在食品和环境工业中非常有用。
具体实施方式
实施例1：生产乳酸的菌株的分离和鉴定
本发明人对来自韩国CJ CORP.的Icheon 1泡菜厂的废弃泡菜处理点收集的泡菜液体进行分离。该液体用生理盐水(8.5g/L NaCl)稀释，均匀涂抹在MRS培养基(Difco Co.制造)上，37℃培养2天，分离菌落，尤其是其中推测是乳酸菌的微黄色菌落。为了得到细胞生长率最高和乳酸产量最大的菌株，分别分离和培养12个最大的微黄色菌落，在MRS液体培养基中，37℃培养2天。菌株16S rDNA的部分碱基序列(800bp)与基因数据库中11种乳酸菌(Lactobacillus)的标准菌株的DNA序列进行了比较。如下表1所示，分离菌株的DNA碱基序列与乳酸菌的标准菌株的DNA序列有89％的相似率。尤其是，新型乳酸菌微生物的菌株与Lactobacillus paracasei subsp.paracasei和Lactobacillus paracasei subsp.tolerans有100％相似率。因此，该菌株被命名为乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310，该菌株在2003年12月4日保藏于KCCM(韩国微生物培养中心)，保藏号为KCCM-10542。
[表1]
CJLA0310和乳酸菌标准菌株之间的16s rDNA碱基序列的相似率
  菌株名称   相似率(％)
  Lactobacillus paracasei subsp.Paracasei JCM 8130T   100.00
  Lactobacillus paracasei subsp.tolerans JCM 1171T   100.00
  Lactobacillus zeae ATCC 15820T   98.63
  Lactobacillus casei JCM 1134T   98.62
  Lactobacillus rhamnosus JCM 1136T   97.87
  Lactobacillus vermif或me ATCC 13133   91.06
  Lactobacillus hilgardii ATCC 8290T   90.96
  Lactobacillus collinoides JCM 1123T   90.72
  Lactobacillus paraplantarum DSM 10667T   89.99
  Lactobacillus pentosus JCM 1558T   89.86
  Lactobacillus plantarum JCM 1149T   89.86
实施例2：新型微生物乳酸发酵的特点(180g/L葡萄糖+15g/L酵母提取物+10g/L蛋白胨)
为培养新型乳酸菌CJLA0310，首先600ml的接种物，在含有180g/L葡萄糖，15g/L酵母提取物和10g/L蛋白胨的培养基中接种18小时，然后将接种物接种在包含180g/L葡萄糖，15g/L酵母提取物和10g/L蛋白胨的2.4L发酵培养基的发酵罐(5L)中。接种物在pH 6.0，200rpm和37℃条件下培养50小时。如图2所示，培养50小时的培养过程消耗了180g葡萄糖，细胞生长培养基(O.D.600)＝24，最终产生181g/L的乳酸。因此，乳酸产率＝99.5％，平均每小时单位体积的生产量＝3.85g/L/hr。
实施例3：新型微生物乳酸发酵的特点(160g/L葡萄糖+15g/L酵母提取物+15g/L蛋白胨)
培养新型乳酸菌CJLA0310时，首先600ml的接种物，在实施例2的培养基中接种18小时，然后将该接种物接种在包含160g/L葡萄糖，15g/L酵母提取物和15g/L蛋白胨的2.4L发酵培养基的发酵罐(5L)中。然后接种物在pH 6.0，200rpm，分别在33、35、37、39和41℃下培养50小时。如表2所示，D-乳酸和L-乳酸的发酵比率可以通过发酵温度得到调节。
[表2]
D-乳酸和L-乳酸的产生比率和发酵温度之间的关系
  发酵温度(℃)   33   35   37   39   41
  发酵比率(％)(D-乳酸∶L-乳酸)   4.0∶96.0   3.5∶96.5   3.3∶96.7   3.1∶96.9   0.7∶99.3
实施例4：新型微生物的乳酸发酵特点(180g/L葡萄糖+7g/L蛋白胨+15g/L CSP)
培养新型乳酸菌CJLA0310时，首先600ml的接种物，在实施例2的培养基中接种18小时，然后将接种物接种在包含180g/L葡萄糖，7g/L蛋白胨和15g/LCSP(玉米浸渍粉)的2.4L发酵培养基的发酵罐(5L)中。接种物在pH 6.0，200rpm，37℃条件下培养70小时。如图2所示，培养65小时的培养过程消耗了180g葡萄糖，细胞生长培养基(O.D.600)＝24，最终产生179.1g/L的乳酸。因此，乳酸产率＝99.5％，平均每小时单位体积的生产量＝2.76g/L/hr。

Claims (4)

1.一种乳酸菌(Lactobacillus paracasei)CJLA0310 KCCM-10542菌株，其特征在于该菌株具有出色的生产乳酸的能力和高的生长率。
2.一种通过在包含160-180g/L葡萄糖，15g/L酵母提取物和7-15g/L蛋白胨的培养基中培养权利要求1的菌株生产高浓度乳酸的方法。
3.根据权利要求2所述的方法，其中D-乳酸和L-乳酸的产量比率可以通过在33-41℃范围内变化培养温度而调节。
4.根据权利要求2所述的方法，其中培养基中的酵母提取物被玉米浸渍粉所替代。
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