一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基及发酵方法技术

本发明专利技术提供了一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基及发酵方法，所述发酵培养基中含有有机氮源和无机氮源，所述有机氮源和无机氮源的质量比为1:(1‑6)，优选1:(1.3‑2.5)。本发明专利技术提供的发酵培养基有效地控制了菌液的OD值，同时通过控制碳源的浓度实现了高转化率，达到了高OD值和高转化率之间的平衡且不会抑制发酵产物的产量，因此，利用本发明专利技术提供的发酵培养基制备含羟基羧酸及其盐，生产速率快，转化率高，最后得到的发酵液中产物浓度高，光学纯度高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基及发酵方法
本专利技术属于微生物发酵工程
，涉及一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基及发酵方法。
技术介绍
乳酸(LacticAcid)，又名2-羟基丙酸，分子式是C3H6O3，它是一种含有羟基的羧酸，具有多种用途，乳酸及其盐应用于食品、医药、化工等领域。其中，乳酸钠应用于食品的保鲜、保湿、增香及制药原料，也可作为医药用于解除因腹泻脱水、糖尿病、肾炎等症引起的的酸中毒，也用作调味品，酪蛋白塑料的增塑剂、防冻剂、保湿剂、甘油的代用品、醇类防冻剂的防蚀剂；乳酸钾作为调味剂、乳化剂、吸湿剂、pH调节剂、增香剂、缓冲剂用于果酱、果冻及冰淇淋等；乳酸镁、乳酸钙作为食品添加剂广泛应用于食品、饮料、奶制品、面粉、营养液和制药等；乳酸铵用作饲料添加剂广泛应用于食品、饮料、乳制品、食盐、营养液、药品等。同时以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物聚乳酸(polylactide,polylacticacid,PLA)是一种新型的生物降解材料。聚乳酸具有良好的机械物理性能、生物相容性、透气性、抗菌性、阻燃性及可降解性，因此可应用于汽车制造领域、纺织领域、一次性用品领域及生物医药领域等。目前，乳酸生产方法主要有化学合成法、酶转化法和微生物发酵法；作为大规模高效生产的主要方法，微生物发酵法不仅可以利用玉米、木薯等淀粉质物质水解产物，同时也可以利用木质纤维素等可再生能源分解所得到的碳水化合物作为主要原料，生产成本低，反应条件温和。目前大规模乳酸发酵采用分批发酵，存在设备利用率低、发酵周期长、生产速率低等问题；部分半连续发酵及少数连续发酵模式随着连续发酵批次增加导致光学纯度低，从而影响聚乳酸的生产。同时，微生物生长需要一定的调整期，调整期过长是导致发酵周期长、生产速率低的一个重要因素。发酵液中碳水化合物的浓度过高带来的抑制作用与发酵最终产量的之间协调，高生产速率要求的高OD值与高转化率之间的协调，是微生物发酵生产乳酸及其乳酸盐应用中的一个重要问题。因此，需要提供一种可以协调OD值和转化率的发酵液以及连续发酵方法以提高乳酸的产量，降低乳酸的生产成本。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基及发酵方法，本专利技术提供的发酵培养基有效地控制了菌液的OD值，同时通过控制碳源的浓度实现了高转化率，达到了高OD值和高转化率之间的平衡且不会抑制发酵产物的产量，因此，利用本专利技术提供的发酵培养基制备含羟基羧酸及其盐，生产速率快，转化率高，最后得到的发酵液中产物浓度高，光学纯度高。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基，所述发酵培养基中含有有机氮源和无机氮源，所述有机氮源和无机氮源的质量比为1:(1-6)，例如1:2、1:3、1:4、1:5等，优选1:(1.3-2.5)，例如1:1.5、1:1.6、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.4等。作为本专利技术的一种优选技术方案，在所述发酵培养基中，所述有机氮源的浓度为0.2-10g/L，优选0.2-6g/L，最优选4-6.5g/L，例如4.5g/L、5g/L、5.5g/L等，所述无机氮源的浓度为2-30g/L，优选5-15g/L，例如6g/L、8g/L、10g/L、12g/L、14g/L等。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述发酵培养基中还含有100-300g/L的碳源，优选160-240g/L碳源，例如180g/L、200g/L、210g/L、220g/L、240g/L等，最优选200-220g/L。本专利技术通过限定发酵培养基中的氮源的添加量，同时限定无机氮源和有机氮源的质量比，可以有效控制菌液在发酵过程中的OD610值为10-30；同时限定发酵培养基中的碳源的初始添加浓度为菌种的耐受浓度，且限定的碳源的初始添加浓度可以实现较高的转化效率，因此本专利技术的发酵培养基可以实现高OD值和高转化率的平衡且不会抑制发酵产物的产量。因此，利用本专利技术提供的发酵培养基制备含羟基羧酸及其盐，生产速率快，转化率高，最后得到的发酵液中产物浓度高，光学纯度高。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述有机氮源选自牛肉膏、酵母膏、酵母粉、豆粕粉、花生粉、玉米浆或棉籽蛋白中的任意一种或至少两种的组合。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述无机氮源选自尿素、硝酸盐或铵盐中的任意一种或至少两种的组合；作为本专利技术的一种优选技术方案，所述碳源选自葡萄糖、戊糖、己糖、低聚糖、液化多糖或水解糖中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选葡萄糖。本专利技术所述凝结芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌(Bacilluscoagulans)FYLR2，于2020年7月28日保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCCM2020371。第二方面，本专利技术提供了第一方面所述的发酵培养基在制备含羟基羧酸及其盐中的应用，优选应用于制备乳酸及其盐。第三方面，本专利技术提供了利用第一份方面所述发酵培养基连续发酵生产含羟基羧酸及其盐的方法。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述连续发酵方法包括如下步骤：将种子培养液接入第一方面所述的发酵培养基中以连续发酵培养，得到多批次含有含羟基羧酸的发酵液；在所述连续发酵中，当前发酵装置中碳源残余量为40-120g/L时，优选为70-90g/L时，例如75g/L、80g/L、85g/L等，取出10-30vol％(例如15vol％、20vol％、25vol％等)的发酵液接种到后续的发酵装置中进行后续的连续发酵。本专利技术通过限定碳源残余量来限定发酵液接种至后续发酵装置的时间，通过限定在碳源残余量优选为70-90g/L时进行转移来控制发酵周期，使得本专利技术的发酵周期较短，生产速率较高。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述连续发酵方法包括如下步骤：(1)活化凝结芽孢杆菌；(2)制备种子培养液；以及(3)将种子培养液接入第一方面所述的发酵培养基中进行发酵培养，得到含有含羟基羧酸的发酵液；在所述连续发酵中，当前发酵装置中碳源残余量为40-120g/L时，优选为70-90g/L时，取出10-30vol％的发酵液接种到后续的发酵装置中进行后续的连续发酵。作为本专利技术的一种优选技术方案，在所述连续发酵方法中，在取出10-30vol％的发酵液后，当前发酵装置中继续发酵至碳源残余量≤0.5％，例如0.4％、0.3％、0.2％、0.1％等，甚至碳源残余量为0。作为本专利技术的一种优选技术方案，在所述发酵培养过程中，将培养基的pH值控制在5.0-7.8，进一步优选在发酵培养0-4h内，将培养基的pH值控制在5.4-5.6，4h至碳源残余量为0.5-1.0％，将培养基的pH值控制在6.2-6.8，之后将pH值维持在7.4-7.8内0.5-0.6h。本专利技术优选了在发酵过程中的pH值的调整，优选上述方式调整有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基，其特征在于，所述发酵培养基中含有有机氮源和无机氮源，所述有机氮源和无机氮源的质量比为1:(1-6)，优选1:(1.3-2.5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用凝结芽孢杆菌制备含羟基羧酸及其盐的发酵培养基，其特征在于，所述发酵培养基中含有有机氮源和无机氮源，所述有机氮源和无机氮源的质量比为1:(1-6)，优选1:(1.3-2.5)。


2.根据权利要求1所述的发酵培养基，其特征在于，在所述发酵培养基中，所述有机氮源的浓度为0.2-10g/L，优选0.2-6g/L，最优选4-6.5g/L，所述无机氮源的浓度为2-30g/L，优选5-15g/L；
和/或，所述发酵培养基中还含有100-300g/L的碳源，优选160-240g/L碳源，最优选200-220g/L。


3.根据权利要求1或2所述的发酵培养基，其特征在于，所述有机氮源选自牛肉膏、酵母膏、酵母粉、豆粕粉、花生粉、玉米浆或棉籽蛋白中的任意一种或至少两种的组合；
和/或，所述无机氮源选自尿素、硝酸盐或铵盐中的任意一种或至少两种的组合；
和/或，所述碳源选自葡萄糖、戊糖、己糖、低聚糖、液化多糖或水解糖中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选葡萄糖。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的发酵培养基，其特征在于，所述凝结芽孢杆菌为凝结芽孢杆菌(Bacilluscoagulans)FYLR2，于2020年7月28日保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCCM2020371。


5.权利要求1-4中的任一项所述的发酵培养基在制备含羟基羧酸及其盐中的应用，优选应用于制备乳酸及其盐。


6.利用权利要求1-4中任一项所述的发酵培养基连续发酵生产含羟基羧酸及其盐的方法；
优选地，所述连续发酵方法包括如下步骤：将种子培养液接入权利要求1-4中的任一项所述的发酵培养基中以连续发酵培养，得到多批次含有含羟基羧酸的发酵液；
在所述连续发酵中，当前发酵装置中碳源残余量为40-120g/L时，优选为70-90g/L时，取出10-30vol％的发酵液接种到后续的发酵装置中进行后续的连续发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣杰，穆晓玲，王舒，孟瑶，陈思弘，杨金环，
申请(专利权)人：安徽丰原集团有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34