[發明專利]一種發酵生產乳酸的微生物混合菌群及發酵方法

有效

• 申請號: 201810035798.1
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108251334B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 孫亞琴;徐振振;周瑾潔;修志龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/56;C12R1/145;C12R1/185;C12R1/01
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李銀姬;李馨

本發明提供了一種發酵生產乳酸的微生物混合菌群及發酵方法，所述的微生物混合菌群包括梭狀芽孢桿菌屬菌株、埃希氏桿菌屬菌株和腸球菌屬菌株，其總有效活菌數占微生物混合菌群中有效活菌數的94％以上，所述的芽孢桿菌屬菌株、埃希氏桿菌屬菌株和腸球菌屬菌株的有效活菌數比例為40?60：20?40：2?20。相對于單菌發酵，該微生物菌群發酵穩定性好、生物安全性高、糖蜜耐受性高，在500g/L未處理糖蜜中也能夠生長代謝，具有高生產強度和乳酸轉化率。該微生物混合菌群還具有生產過程中無需滅菌、發酵底物糖蜜無需預處理、生產成本低等優勢。

技術領域

本發明屬于生物工程技術領域，特別涉及一種以糖蜜為底物經微生物混合菌群發酵生產乳酸的方法。

背景技術

乳酸(Lactic acid)是重要的生物化工產品，廣泛用于醫藥、食品、飲料、化工、皮革、卷煙工業等領域。乳酸最具前景的應用是以聚乳酸(PLA)為代表的生物材料領域。作為最有潛力的可生物降解高分子材料，有望代替聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等不可降解的塑料，消除“白色污染”，是一種極具應用潛力的生物環保材料。

乳酸的生產方法包括化學合成法、酶法及微生物轉化法。相比化學法和酶化法，微生物發酵法生產乳酸，可以通過菌種和培養條件的選擇而得到具有立體專一性的L-乳酸或D-乳酸或者是兩異構體以一定比例混合的消旋體，可以滿足生產聚乳酸的需要。發酵法生產乳酸因其原料來源廣泛、生產成本低、產品光學純度高等優點而成為生產乳酸的重要方法。傳統的發酵法生產乳酸主要以葡萄糖或糧食作物，如大米、玉米、馬鈴薯等為原料。為了進一步降低生產成本，嘗試以工農業廢物(如甘蔗糖蜜)(Flores-Albino B et al.,2012,35:1193-1200；Xu K et al.,2014,153:23-29)、木質纖維素(Ou MS,2011,38: 599-605)、造紙漿(Budhavaram NK,2009,100:5966-5972)、蘋果渣(Gullon B, 2008,99:308-319)、廚房垃圾(Zhang B,2008,99:855-862)、菊芋(Wang LM,2013, 130:174-180)等為原料進行乳酸發酵生產，不僅可以進一步降低生產成本，實現可再生資源有效利用，亦能解決廢棄物的處理和污染問題。

糖蜜是制糖生產過程中的主要副產物，也是一種工業廢棄物。其中，甘蔗糖蜜的產量可達到原料甘蔗的2.5-3％，生產原料豐富，價格低廉，因此對甘蔗糖蜜的合理開發利用，具有重要的經濟意義。其主要成分是糖類，約含蔗糖 30-40％(w/v)，其他糖分(大部分為還原性糖分)約為15-20％(w/v)，另外氮源和無機鹽的含量分別為0.5-0.9％(w/v)和10％(w/v)(Liu YP,2008,99:1736-1742)。目前甘蔗糖蜜多用于加工成各種發酵產品，如酒精、乳酸、味精、檸檬酸、賴氨酸、焦糖色素等。雖然廉價原料的利用在一定程度上可以降低原料成本，但是其所含的雜質，如糖蜜中含有的揮發性有機酸、膠體、灰分等，需要純化后才能用于純培養生物過程。若不進行純化處理，采用單一菌很難將其利用，其對細胞生長毒性作用降低了原料的利用率，導致最終生產濃度和強度降低。

微生物菌群(Microbial consortium)是天然混菌發酵的工業應用，該技術是基于生態選擇的原則，將能夠利用復雜基質、產物范圍特殊的菌群保留在反應器或發酵罐中持續使用。與純培養技術相比，微生物菌群表現出極大地潛力優勢，其優點主要體現在：(1)原料的多樣性：更為廉價、復雜的基質，如木質纖維素、乳清、糖蜜、粗甘油、馬鈴薯加工廢水、玉米浸泡液等，都可以成為發酵原料用于生產化學品。(2)產物的多樣化或單一化：通過協調菌群組成既可以利用不同微生物的代謝途徑獲得多個目標產物，又可以使產物范圍變窄，利于下游物質分離純化，降低成本。(3)操作的簡易性、安全性和穩定性：微生物菌群具有很高的生物多樣性，可以在不滅菌的條件下操作，抗噬菌體感染能力和生物安全性得以提升。另外混菌體系細胞間作用關系動態平衡，對環境波動具有更強適應性和穩定性。基于微生物菌群的以上特點，開發一種復雜底物耐受性強，發酵穩定性好，生產強度高，生產過程無需滅菌的微生物菌群，高效轉化糖蜜生產乳酸成為一條工業化發展的新思路。