CN111378697A - 以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法 - Google Patents
以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111378697A CN111378697A CN202010482410.XA CN202010482410A CN111378697A CN 111378697 A CN111378697 A CN 111378697A CN 202010482410 A CN202010482410 A CN 202010482410A CN 111378697 A CN111378697 A CN 111378697A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fermentation
- lactic acid
- water
- citrate
- soluble citrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 title claims abstract description 145
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 145
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 title claims abstract description 143
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 title claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 26
- NAOLWIGVYRIGTP-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trihydroxyanthracene-9,10-dione Chemical compound C1=CC(O)=C2C(=O)C3=CC(O)=CC(O)=C3C(=O)C2=C1 NAOLWIGVYRIGTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 13
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 8
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 6
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 claims abstract description 4
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 claims abstract description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical group [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 19
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 17
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 14
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 14
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 14
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 14
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 14
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 11
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001508 potassium citrate Substances 0.000 claims description 7
- 229960002635 potassium citrate Drugs 0.000 claims description 7
- QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K potassium citrate (anhydrous) Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- 235000011082 potassium citrates Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- 240000006024 Lactobacillus plantarum Species 0.000 claims description 4
- 235000013965 Lactobacillus plantarum Nutrition 0.000 claims description 4
- 229940072205 lactobacillus plantarum Drugs 0.000 claims description 4
- 241000218588 Lactobacillus rhamnosus Species 0.000 claims description 3
- 241000191998 Pediococcus acidilactici Species 0.000 claims description 3
- 241000193749 Bacillus coagulans Species 0.000 claims description 2
- 241000186866 Lactobacillus thermophilus Species 0.000 claims description 2
- 229940054340 bacillus coagulans Drugs 0.000 claims description 2
- 150000001860 citric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000002791 glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 claims description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 abstract description 13
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Natural products OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 3
- -1 citric acid ions Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 abstract 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 17
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 14
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 13
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 13
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 description 9
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L magnesium sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]S([O-])(=O)=O WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 229940061634 magnesium sulfate heptahydrate Drugs 0.000 description 5
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 5
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 5
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 5
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 5
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 5
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 5
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 4
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 4
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 4
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K potassium phosphate Substances [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 3
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 2
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- PKAUICCNAWQPAU-UHFFFAOYSA-N 2-(4-chloro-2-methylphenoxy)acetic acid;n-methylmethanamine Chemical compound CNC.CC1=CC(Cl)=CC=C1OCC(O)=O PKAUICCNAWQPAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930182843 D-Lactic acid Natural products 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UWTATZPHSA-N D-lactic acid Chemical compound C[C@@H](O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UWTATZPHSA-N 0.000 description 1
- 240000001046 Lactobacillus acidophilus Species 0.000 description 1
- 235000013956 Lactobacillus acidophilus Nutrition 0.000 description 1
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 description 1
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- MKJXYGKVIBWPFZ-UHFFFAOYSA-L calcium lactate Chemical compound [Ca+2].CC(O)C([O-])=O.CC(O)C([O-])=O MKJXYGKVIBWPFZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001527 calcium lactate Substances 0.000 description 1
- 235000011086 calcium lactate Nutrition 0.000 description 1
- 229960002401 calcium lactate Drugs 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229940022769 d- lactic acid Drugs 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 229940039695 lactobacillus acidophilus Drugs 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/56—Lactic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Virology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及乳酸发酵领域，具体涉及一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，其特征在于，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束。本发明中，柠檬酸钠水解出的柠檬酸离子可以被逐渐消耗利用，钠离子结合乳酸根而起到间接中和的作用，即留出更多的碳元素流向乳酸通路，进一步提高了糖酸转化率，而且相对于传统碳酸钙中和剂，本发明可有效避免提取过程中硫酸钙的大量积累，节约后续分离成本。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，具体地，涉及一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法。
背景技术
全球禁塑背景下，生物可降解的生物基材料越来越受到各国政府的重视。聚乳酸（PLA）的全球消费量逐年增加，乳酸和聚乳酸行业开始井喷式发展，根据预测，2019年，仅中国大陆的乳酸生产规模就达到30万吨/年。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，还具有生物相容性、光泽度高、透明度高、手感和耐热性好等特点，加工方便，应用十分广泛。
目前全世界的乳酸工业生产绝大部分都是通过微生物发酵法进行的。然而，在通过微生物发酵法大规模工业生产乳酸时，为实现产量增加、纯度提高、成本降低、效益提高、菌体有较高的耐受性等目标，需要进行生物工程上中下游的系统性优化，比如菌株改造、廉价原料替代和分离提取的工艺提升，从乳酸生产工艺的多个环节不断挖掘潜力，提高效率。发酵过程是乳酸生产过程的关键，廉价的原料成本和高的糖酸转化率是发酵过程控制的核心。目前已经验证可行的主要原料包括玉米、木薯和大米等粗原料及相应淀粉原料，谷物深加工产业链企业在原料成本方面具有显著优势。另外糖酸转化率高的同型发酵（一般为细菌发酵）模式也得到有效推广。同型发酵模式基础上，过程的能耗控制（温度、搅拌和通风）和中和剂筛选也成了行业利润点高低的关键。
乳酸发酵的pH水平一般控制在5-7，随着乳酸的积累，发酵过程需添加中和剂以维持稳定的酸碱环境。目前乳酸发酵用的最多的中和剂是碳酸钙，碳酸钙中和剂会引起提取环节生成大量硫酸钙副产物，因此研究合适的中和剂对后续的分离成本控制具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的提取环节生成大量硫酸钙副产物且糖酸转化率有待提高的问题，提供一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法。该方法以水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液为间接中和剂，替代传统的碳酸钙中和剂，并利用兼性厌氧乳酸菌发酵生产乳酸，使得在代谢过程中水溶性柠檬酸盐内所含有的C元素也会参与代谢利用，从而进一步提高乳酸发酵过程的糖酸转化率，免除固废分离操作，并降低了分离成本，且不影响乳酸终产品光学纯度。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束。
本发明另一方面提供了水溶性柠檬酸盐溶液在乳酸发酵中的应用。
通过上述技术方案，乳酸发酵过程中的糖酸转化率可达到80%以上，并且解决了提取环节固废的问题，降低了分离成本，乳酸终产品光学纯度不变，且发酵结束时柠檬酸无明显残余。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的发明人在研究过程中发现，在乳酸发酵过程中使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液并控制空气的通入量在特定范围内能够提高乳酸发酵过程中的糖酸转化率，并且在后续提取环节不会产生大量副产物，进而可以降低分离成本。
本发明一方面提供一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束。
根据本发明，其中，所述乳酸菌可以为兼性厌氧菌。
优选地，所述乳酸菌为植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸片球菌、凝结芽孢杆菌和嗜热乳杆菌中的至少一种。
根据本发明的一种优选实施方式，在将乳酸菌接入发酵培养基之前还包括乳酸菌的活化步骤。所述活化可以为本领域内任意常规活化方法，在此不再赘述。
根据本发明优选的实施方式，其中，所述活化后的乳酸菌以乳酸菌悬浊液的形式进行接种。
根据本发明，其中，相对于每升的发酵培养基，所述活化后的乳酸菌悬浊液OD600=2-8，接种量可以为50-100ml。
优选地，相对于每升的发酵培养基，所述活化后的乳酸菌悬浊液OD600 =4-5.9，接种量为80-100ml。
根据本发明，其中，所述发酵培养基中的碳源为所述培养基提供24-40g/L的碳元素。任意可以提供该用量碳元素的碳源均可适用于本发明提供的方法。
优选地，所述发酵培养基中的碳源为葡萄糖。所述葡萄糖在所述发酵培养基中的含量为60-130g/L。
根据本发明，其中，所述发酵培养基中的氮源为所述培养基提供2-3.6g/L的氮元素。任意可以提供该用量氮元素的氮源均可适用于本发明提供的方法。
优选地，所述发酵培养基中的氮源为玉米浆液。所述玉米浆液在所述发酵培养基中的含量为72-130g/L。
优选地，所述发酵培养基中的氮源为玉米浆粉。所述玉米浆粉在所述发酵培养基中的含量为25-45g/L。
根据本发明，其中，所述水溶性柠檬酸盐溶液可以为本领域常见的水溶性柠檬酸盐，特别是柠檬酸盐中的阳离子与乳酸根结合生成的乳酸盐也为水溶性的柠檬酸盐，如柠檬酸碱金属盐。
优选地，所述水溶性柠檬酸盐为柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。
根据本发明，对水溶柠檬酸盐与强碱的混合溶液的用量没有特别的要求，只要能够控制发酵体系的pH值即可。
优选地，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
优选地，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH在5.8-6。其中，在所述混合溶液中，所述水溶性柠檬酸盐的浓度为0.5-3mol/L，所述强碱的浓度为1-2mol/L，所述水溶性柠檬酸盐与强碱的总添加量为1.5-5mol/L，优选为1.5-3mol/L。
根据本发明，其中，所述水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液的添加方式为：持续流加水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液使发酵体系的pH保持稳定。使得发酵体系的pH保持稳定是指：发酵体系的最高pH与最低pH的差值不大于0.2。本领域技术人员能够据此对水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液的流加速度进行控制，在此不再赘述。
根据本发明的优选实施方式，其中，出于操作便利和降低成本的目的，所述含氧气体可以选用空气。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述通气的方式为使用空气流量计进行调节在发酵开始后第6-12h通入直至发酵结束。期间控制含氧气体的通入量以氧气计为0.002-0.2L/(min·L)，优选为0.02-0.16L/(min·L)。本发明的发明人在研究中发现，这样的通气方式可以进一步提高乳酸发酵过程中的糖酸转化率。
根据本发明，其中，所述乳酸发酵的条件可以为本领域内常规的乳酸发酵条件，并且可以根据不同乳酸菌对于发酵条件的要求不同进行相应调整。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述乳酸发酵的条件包括：pH5-7，时间36-60h，温度35-45℃。
优选地，所述乳酸发酵的条件包括：pH5-7，时间36-48h，温度35-45℃。
更优选地，所述乳酸发酵的条件包括：pH5.8-6，时间36-45h，温度37-42℃。
根据本发明，其中，所述pH的检测方式为使用在线pH电极实时检测，控制方式为流加中和剂以控制pH稳定在上述乳酸发酵条件中所述pH范围内。
本发明另一方面提供了水溶性柠檬酸盐在乳酸发酵中的应用。优选地，所述水溶性柠檬酸盐为柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。
根据本发明的优选实施方式，其中，所述发酵乳酸的提取方式可以为本领域任意常规提取乳酸的方式。例如，所述发酵乳酸的提取方式可以采用常规酸解-结晶工艺。
具体地，所述酸解-结晶工艺可以为孙启梅,乔凯,王领民,高大成,王崇辉. 发酵液中乳酸的分离提取研究进展[J]. 化工进展(9期):2656-2662.中所述的酸解-结晶的方法。
根据本发明一种最优选的实施方式，所述方法包括以下步骤：
菌种：中粮营养健康研究院自有植物乳杆菌菌种，菌种保藏编号：CGMCC No. 16835，该菌株已公开于CN109504630A。
培养基：115-125 g/L葡萄糖，95-105 g/L玉米浆液，1.8-2.2g/L乙酸钠，0.18-0.22g/L七水硫酸镁、1.8-2.2g/L磷酸氢二钾、0.04-0.06g/L硫酸锰、0.8-1.2ml/L吐温80。
乳酸菌的接种量：以1.8-2.2ml/L接种量将种子接种至种子活化培养基，获得种子活化悬液OD600=5.8-6，以种子活化悬液为88-92ml/L的接种量进行发酵。
过程控制：培养温度38-42℃，初始搅拌转速145-155 r/min，以0.8-1.2mol/L柠檬酸钠和0.8-1.2mol/L柠檬酸钾和0.8-1.2mol/L氢氧化钠混合溶液为中和剂，过程控制pH5.9-6.1，发酵9.5-10.5h开启通气，使用手动空气流量计调节通气量为0.78-0.82L/(min·L)，发酵周期40-45h。
以下结合具体实施例对本发明的具体实施方式进行进一步解释说明。应当理解的是，此处所列举的实施例仅为范例性地说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在以下实施例和对比例中，所述发酵终点乳酸的测定方式为高效液相色谱法，其条件如下所述：
色谱柱：Agilent Technologies 1260 Infinity II；
检出器：RID；
分离柱：Aminex HPX-87H Column 300×7.8 mm；
柱温：55℃
流动相：0.005M硫酸；
流量：0.5 mL/min；
进样量：20μL；
乳酸保留时间为14min左右。
所述糖酸转化率的计算公式为：[发酵终点乳酸浓度g/L×（发酵终点体积L+取样体积 L）-发酵初始乳酸浓度g/L×发酵初始体积L]/发酵初始葡萄糖重量g×100%。
在以下实施例和对比例中，所使用的试剂均为商购获得。其中，葡萄糖为AOBOX D（+）-葡萄糖，玉米浆粉为AOBOX玉米浆粉（总氮含量为8%）。
在以下实施例和对比例中，所采用的发酵设备为品牌Infors，型号MiniBio的1L发酵罐。
在以下实施例和对比例中，所通入的含氧气体均为空气。
实施例1
菌种：从CICC中国工业微生物菌株保藏管理中心购买的鼠李糖乳杆菌CICC 6141。
培养基：60g/L葡萄糖，25 g/L玉米浆粉，2 g/L 乙酸钠，0.2g/L七水硫酸镁、2g/L磷酸氢二钾、0.05g/L硫酸锰、1ml/L吐温80。
乳酸菌的接种量：以2ml/L接种量将种子接种至种子活化培养基，获得种子活化悬液OD600=4，以种子活化悬液为80ml/L的接种量进行发酵。
过程控制：培养温度37℃，初始搅拌转速150 r/min，以1 mol/L柠檬酸钠和2mol/L的氢氧化钠混合溶液为中和剂，过程控制pH5.8，发酵6h时开启通气，使用手动空气流量计调节通气量为0.5L/(min·L)，发酵周期36h。
结果：发酵终点的乳酸浓度为53g/L，发酵液无沉淀，无明显柠檬酸残留，且保持均一流动性，酸解提取无固废，糖酸转化率为88.33%。
实施例2
菌种：从CICC中国工业微生物菌株保藏管理中心购买的嗜酸乳杆菌CICC 6096。
培养基：100 g/L葡萄糖，45 g/L玉米浆粉，2 g/L 乙酸钠，0.2g/L七水硫酸镁、2g/L磷酸氢二钾、0.05g/L硫酸锰、1ml/L吐温80。
乳酸菌的接种量：以2ml/L接种量将种子接种至种子活化培养基，获得种子活化悬液OD600=4，以种子活化悬液为100ml/L的接种量进行发酵。
过程控制：培养温度42℃，初始搅拌转速150 r/min，以1 mol/L柠檬酸钾和2mol/L的氢氧化钾混合溶液为中和剂，过程控制pH 6，发酵12h开启通气，手动调节空气流量计使通气量为0.1L/(min·L)，发酵周期48h。
结果：发酵终点的乳酸浓度为84.5g/L，发酵液无沉淀，无明显柠檬酸残留，且保持均一流动性，酸解提取无固废，糖酸转化率为84.5%。
实施例3
菌种：中粮营养健康研究院自有植物乳杆菌菌种，菌种保藏编号：CGMCC No. 16835，该菌株已公开于CN109504630A。
培养基：120 g/L葡萄糖，100 g/L玉米浆液，2 g/L 乙酸钠，0.2g/L七水硫酸镁、2g/L磷酸氢二钾、0.05g/L硫酸锰、1ml/L吐温80。
乳酸菌的接种量：以2ml/L接种量将种子接种至种子活化培养基，获得种子活化悬液OD600=5.9，以种子活化悬液为90ml/L的接种量进行发酵。
过程控制：培养温度40℃，初始搅拌转速150 r/min，以1 mol/L柠檬酸钠和1mol/L柠檬酸钾和1mol/L氢氧化钠混合溶液为中和剂，过程控制pH 6，发酵10h开启通气，使用手动空气流量计调节通气量为0.8L/(min·L)，发酵周期42h。
结果：发酵终点的D-乳酸浓度为115g/L，发酵液无沉淀，无明显柠檬酸残留，且保持均一流动性，酸解提取无固废，糖酸转化率为95.8%。
实施例4
菌种：从四川睿诺赛生物科技有限公司购买的乳酸片球菌 ATCC 20284。
培养基：80 g/L葡萄糖，130 g/L玉米浆液，2 g/L 乙酸钠，0.2g/L七水硫酸镁、2g/L磷酸氢二钾、0.05g/L硫酸锰、1ml/L吐温80。
乳酸菌的接种量：以2ml/L接种量将种子接种至种子活化培养基，获得种子活化悬液OD600=3，以种子活化悬液为70ml/L的接种量进行发酵。
过程控制：培养温度45℃，初始搅拌转速150 r/min，以0.5 mol/L柠檬酸钠、0.5mol/L柠檬酸钾、1mol/L氢氧化钠、1mol/L氢氧化钾混合溶液为中和剂，过程控制pH5.5，发酵12h开启通气，使用手动空气流量计调节通气量为0.1L/(min·L)，发酵周期45h。
结果：发酵终点的乳酸浓度为65.6g/L，发酵液无沉淀，无明显柠檬酸残留，且保持均一流动性，酸解提取无固废，糖酸转化率为82%。
实施例5
从发酵开始至结束全程通气，其他发酵方法、使用菌株及发酵原料与实施例1中完全相同。
结果：发酵终点的乳酸浓度为49g/L，发酵液无沉淀，无明显柠檬酸残留，且保持均一流动性，糖酸转化率为81.6%。
对比例1
初始pH5.8，中和剂采用90g/L碳酸钙，其他发酵方法、使用菌株及发酵原料与实施例1中完全相同。
结果：发酵终点的乳酸浓度为50g/L，发酵液中生成的乳酸钙大量析出，使发酵液整体结块，酸解提取过程产生大量硫酸钙，糖酸转化率为83.3%。
对比例2
全程厌氧发酵，即，发酵全程不通入空气，其他发酵方法、使用菌株及发酵原料与实施例1中完全相同。
结果：发酵终点的乳酸浓度为47.6g/L，发酵液无沉淀，且保持均一流动性，糖酸转化率为79.4%，柠檬酸残余9.4g/L。
对比例3
以1 mol/L碳酸钠和2mol/L的氢氧化钠混合溶液为中和剂，过程控制pH5.8，其他发酵方法、使用菌株及发酵原料与实施例1中完全相同。
结果：发酵终点的乳酸浓度为49.4g/L，发酵液无沉淀，且保持均一流动，糖酸转化率为82.3%。
对比例4
以2mol/L的氢氧化钠溶液为中和剂，过程控制pH5.8，其他发酵方法、使用菌株及发酵原料与实施例1中完全相同。
结果：发酵终点的乳酸浓度为51.1g/L，发酵液无沉淀，且保持均一流动，糖酸转化率为85.2%。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合,。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开。
Claims (14)
1.一种以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法，其特征在于，该方法包括：将活化后的乳酸菌接种至发酵培养基中进行乳酸发酵，发酵过程中，使用水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液控制发酵体系的pH值，并向发酵体系通入含氧气体至发酵结束；
其中，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；
所述含氧气体通入的时间为发酵开始后第6-12h直至发酵结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述乳酸菌为兼性厌氧菌。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述乳酸菌为植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸片球菌、凝结芽孢杆菌和嗜热乳杆菌中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述活化后的乳酸菌以悬浮液形式进行接种，所述悬浮液的OD600 =2-8，相对于每升的发酵培养基，悬浮液的用量为50-100ml。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述活化后的乳酸菌以悬浮液形式进行接种，所述悬浮液的OD600 =4-5.9，相对于每升的发酵培养基，悬浮液的用量为80-100ml。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵培养基中的碳源为所述培养基提供24-40g/L的碳元素。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其中，所述发酵培养基中的碳源为葡萄糖，所述葡萄糖在所述发酵培养基中的含量为60-130g/L。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵培养基中的氮源为所述培养基提供2-3.6g/L的氮元素。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其中，所述发酵培养基中的氮源为玉米浆液，所述玉米浆液在所述发酵培养基中的含量为72-130g/L；
和/或，所述发酵培养基中的氮源为玉米浆粉，所述玉米浆粉在所述发酵培养基中的含量为25-45g/L。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液的添加方式为持续流加水溶性柠檬酸盐与强碱的混合溶液，使得发酵体系的pH保持稳定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述混合溶液中，所述水溶性柠檬酸盐为柠檬酸钠和/或柠檬酸钾。
12.根据权利要求1或11所述的方法，其中，在所述混合溶液中，所述水溶性柠檬酸盐的浓度为0.5-3mol/L，所述强碱的浓度为1-2mol/L；
和/或，所述水溶性柠檬酸盐与强碱的总添加量为1.5-5mol/L。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含氧气体为空气；
和/或，所述含氧气体的通入量以氧气计为0.002-0.2L/(min·L)。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述乳酸发酵的条件包括：pH5-7，时间36-60h，温度35-45℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010482410.XA CN111378697B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010482410.XA CN111378697B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111378697A true CN111378697A (zh) | 2020-07-07 |
| CN111378697B CN111378697B (zh) | 2020-08-28 |
Family
ID=71216094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010482410.XA Active CN111378697B (zh) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111378697B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101445817A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 天津科技大学 | 一种提高l-谷氨酸发酵过程糖酸转化率和产率的方法 |
| WO2015106627A1 (zh) * | 2014-01-17 | 2015-07-23 | 上海交通大学 | 一株土芽孢乳杆菌及其应用 |
| CN110964756A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-04-07 | 盐城工学院 | 一种菊芋全值化利用制备l-乳酸的方法 |
-
2020
- 2020-06-01 CN CN202010482410.XA patent/CN111378697B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101445817A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-06-03 | 天津科技大学 | 一种提高l-谷氨酸发酵过程糖酸转化率和产率的方法 |
| WO2015106627A1 (zh) * | 2014-01-17 | 2015-07-23 | 上海交通大学 | 一株土芽孢乳杆菌及其应用 |
| CN110964756A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-04-07 | 盐城工学院 | 一种菊芋全值化利用制备l-乳酸的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111378697B (zh) | 2020-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ma et al. | Production of gluconic acid and its derivatives by microbial fermentation: Process improvement based on integrated routes | |
| Sun et al. | Efficient production of lactic acid from sugarcane molasses by a newly microbial consortium CEE-DL15 | |
| Zhou et al. | Optimization of L-lactic acid production from glucose by Rhizopus oryzae ATCC 52311 | |
| Murakami et al. | L-Lactic acid production from glycerol coupled with acetic acid metabolism by Enterococcus faecalis without carbon loss | |
| Chen et al. | Organic acid and solvent production: acetic, lactic, gluconic, succinic, and polyhydroxyalkanoic acids | |
| Rogers et al. | Organic acid and solvent production | |
| JP6942697B2 (ja) | クロストリジウム ベイジェリンキー及びその使用、並びにブタノールの製造方法 | |
| CN102286415B (zh) | 琥珀酸高产菌株及其应用 | |
| Nemeth et al. | 1, 3-Propanediol oxidoreductase production with Klebsiella pneumoniae DSM2026 | |
| US11946036B2 (en) | Bacterium and obtaining method and application thereof | |
| WO2009140929A1 (zh) | 构建基因工程菌发酵联产pdo、bdo和php的方法 | |
| EP1583838B1 (en) | Preparation of lactic acid from a pentose-containing substrate | |
| CN106661595A (zh) | 在发酵中使用甘油和限制进料的碳水化合物 | |
| CN102618478B (zh) | 一株产d-乳酸动态调控重组菌及用其制备d-乳酸的方法 | |
| CN101348806A (zh) | 2-酮基-d-葡萄糖酸半连续发酵工艺 | |
| CN115044624B (zh) | 一种利用盐单胞菌重复批次发酵生产pha的方法 | |
| CN102352382B (zh) | 一种两阶段发酵生产苹果酸的方法 | |
| EP3102675B1 (en) | Improved microorganisms for succinic acid production | |
| CN111378697B (zh) | 以水溶性柠檬酸盐为中和剂提高乳酸发酵糖酸转化率的方法 | |
| CN109988791B (zh) | 一种优化的谷氨酸发酵工艺 | |
| CN110004202B (zh) | 一种微生物共培养催化碳水化合物合成己酸的方法 | |
| CN105567750B (zh) | 一种两级半连续发酵生产2-酮基-d-葡萄糖酸的方法 | |
| CN100392071C (zh) | 产乳酸途径缺失的工程菌及其构建方法与应用 | |
| CN109593813B (zh) | 2-酮基-l-古龙酸的发酵用培养基及2-酮基-l-古龙酸的发酵生产方法 | |
| JP6558767B2 (ja) | ハロモナス菌を用いたピルビン酸の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tong Yi Inventor after: Zhou Weiqiang Inventor after: Li Yi Inventor after: Chen Bo Inventor after: Sun Haoxuan Inventor after: Yang Shuo Inventor after: Wu Lida Inventor before: Chen Bo Inventor before: Li Yi Inventor before: Tong Yi Inventor before: Sun Haoxuan Inventor before: Zhou Weiqiang Inventor before: Yang Shuo Inventor before: Wu Lida |