本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素生物煉制領(lǐng)域，是一種基于產(chǎn)乳酸片球菌素的乳酸菌的開放式乳酸生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

L-乳酸是非常重要的大宗化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于食品、藥品、防治、環(huán)保等行業(yè)中。目前最重要的用途是用于合成環(huán)保型的可降解塑料-聚乳酸(Polymeric lactic acid,PLA)。全球大約90％以上的乳酸是通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，但微生物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的成本較高，主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，高的淀粉或糖類底物，約占乳酸產(chǎn)品生產(chǎn)成本的70％；第二，高的操作成本，包括滅菌操作和后期的分離純化成本。

為了提高乳酸生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性，利用豐富、廉價的木質(zhì)纖維素原料替代淀粉等糧食原料是一種非常有效的手段。而對于第二個方面，開放式乳酸發(fā)酵是降低乳酸生產(chǎn)過程能耗和生產(chǎn)成本的有效策略，目前已經(jīng)受到越來越多研究人員的關(guān)注和重視。但是，當(dāng)前開放式的乳酸發(fā)酵大多是基于耐高溫乳酸發(fā)酵微生物能夠在較高溫度條件下正常生長發(fā)酵，而高溫同時又能抑制雜菌微生物生長的機(jī)理進(jìn)行的。例如，利用耐高溫的凝結(jié)芽孢桿菌Bacillus coagulans在溫度為50℃的條件下進(jìn)行開放式的乳酸發(fā)酵是目前最常用的方法。但是這種方法通常都是以糖質(zhì)或淀粉類原料為底物，而復(fù)雜的纖維素底物還沒有進(jìn)行驗證過。此外，凝結(jié)芽孢桿菌的發(fā)酵最適pH值為7.0左右，這與纖維素酶的最適酶解pH值4.8差別較大?；诖?，以木質(zhì)纖維素為底物，利用耐高溫的凝結(jié)芽孢桿菌生產(chǎn)乳酸時只能采用分布糖化與發(fā)酵的工藝，而不能采用當(dāng)前主流的同步糖化與發(fā)酵工藝。這必將大幅增加纖維素乳酸 生產(chǎn)過程的操作復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。因此，以木質(zhì)纖維素為底物進(jìn)行乳酸發(fā)酵生產(chǎn)，必須開發(fā)一種新的開放式發(fā)酵工藝方法，來降低纖維素乳酸的生產(chǎn)過程復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有開放式乳酸發(fā)酵工藝不適用于木質(zhì)纖維素同步糖化與發(fā)酵的不足。本方法可以大幅降低木質(zhì)纖維素同步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)乳酸過程的成本，尤其是發(fā)酵反應(yīng)器、發(fā)酵用營養(yǎng)物、木質(zhì)纖維素底物等物品的滅菌能耗，而且發(fā)酵過程中不用維持無菌狀態(tài)，從而大大降低了過程的操作復(fù)雜性，在保證木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為乳酸得率不變的條件下，大幅降低纖維素乳酸的生產(chǎn)成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于產(chǎn)乳酸片球菌素的乳酸菌的開放式乳酸生產(chǎn)方法，其特征在于，具體步驟為，(1)對木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理；(2)脫除木質(zhì)纖維素預(yù)處理過程中產(chǎn)生的抑制物；(3)無需對木質(zhì)纖維素原料、發(fā)酵反應(yīng)器、發(fā)酵用營養(yǎng)物進(jìn)行滅菌，直接向發(fā)酵反應(yīng)器中加入纖維素酶、木質(zhì)纖維素原料和乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112(CGMCC 8664)進(jìn)行同步糖化與發(fā)酵或分步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸，乳酸生產(chǎn)過程中不需保持無菌狀態(tài)。

本發(fā)明所用乳酸菌為乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112,CGMCCNo.8664；該乳酸片球菌的保藏單位是中國微生物菌種保藏委員會普通微生物中心(CGMCC)；保藏單位地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號；保藏日期為2013年12月31日，由華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點實驗室生物能源與生物煉制實驗室培養(yǎng)制得。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下：

1、本發(fā)明適用于木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行開放式同步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸。

2、本發(fā)明可以大幅降低乳酸發(fā)酵過程中用于消毒和滅菌的成本。

【附圖說明】

圖1.實施方式130％固體含量下玉米秸稈同步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的過程曲線

圖2.實施方式230％固體含量下玉米秸稈開放式同步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的過程曲線

【具體實施方式】

本發(fā)明的生產(chǎn)工藝包括：一種基于產(chǎn)乳酸片球菌素的乳酸菌的開放式乳酸生產(chǎn)方法，其特征在于，具體步驟為，(1)對木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理；(2)脫除木質(zhì)纖維素預(yù)處理過程中產(chǎn)生的抑制物；(3)無需對木質(zhì)纖維素原料、發(fā)酵反應(yīng)器、發(fā)酵用營養(yǎng)物進(jìn)行滅菌，直接向發(fā)酵反應(yīng)器中加入纖維素酶、木質(zhì)纖維素原料和乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112(CGMCC 8664)進(jìn)行同步糖化與發(fā)酵或分步糖化與發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸，乳酸生產(chǎn)過程中不需保持無菌狀態(tài)。

實施例1

將玉米秸稈進(jìn)行干法稀酸預(yù)處理，預(yù)處理條件為：秸稈固體和稀硫酸的固液比2:1(質(zhì)量比)，硫酸用量2.5g/100g秸稈，175℃，50rpm處理5分鐘，預(yù)處理后秸稈固體含量為50％左右；將預(yù)處理后的秸稈進(jìn)行固態(tài)生物脫毒，脫毒條件為接種量10％(體積比，脫毒菌種為Amorphotheca resinae ZN1)，28℃，5天，脫毒后預(yù)處理秸稈中糠醛、羥甲基糠醛、乙酸等抑制物含量均低于0.5g/L。將脫毒后的玉米秸稈，發(fā)酵用營養(yǎng)鹽、發(fā)酵罐都進(jìn)行滅菌操作，然后將脫毒后的秸稈放入帶有螺帶攪拌槳的5升反應(yīng)器中進(jìn)行預(yù)酶解，操作條件為固體含量30％(質(zhì)量比)，50℃，纖維素酶用量15FPU/g干固體，pH值為4.8，150rpm，液化6小時；然后將溫度降至42℃，加入發(fā)酵用營養(yǎng)物，以10％(體積比)的接種量接入乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112，進(jìn)行同步糖化與乳酸發(fā)酵同步糖化與發(fā)酵66小時。嚴(yán)格保證同步糖化與發(fā)酵過程中體系的無菌性，L-乳酸濃度可達(dá)97.13g/L。

實施例2

將玉米秸稈進(jìn)行干法稀酸預(yù)處理，預(yù)處理條件為：秸稈固體和稀硫酸的固液比2:1(質(zhì)量比)，硫酸用量2.5g/100g秸稈，175℃，50rpm處理5分鐘，預(yù)處理后秸稈固體含量為50％左右；將預(yù)處理后的秸稈進(jìn)行固態(tài)生物脫毒，脫毒條件為接種量10％(體積比，脫毒菌種為Amorphotheca resinae ZN1)，28℃，5天，脫毒后預(yù)處理秸稈中糠醛、羥甲基糠醛、乙酸等抑制物含量均低于0.5g/L。不用對脫毒后的玉米秸稈、發(fā)酵用營養(yǎng)鹽、發(fā)酵罐等進(jìn)行滅菌操作，然后將脫毒后的秸稈放入帶有螺帶攪拌槳的5升反應(yīng)器中進(jìn)行預(yù)酶解，操作條件為固體含量30％(質(zhì)量比)，50℃，纖維素酶用量15FPU/g干固體，pH值為4.8，150rpm，液化6小時；然后將溫度降至42℃，加入發(fā)酵用營養(yǎng)物，以10％(體積比)的接種量接入乳酸片球菌Pediococcus acidilactici TY112，進(jìn)行同步糖化與乳酸發(fā)酵同步糖化與發(fā)酵66小時。同步糖化與發(fā)酵過程中無需控制體系為無菌狀態(tài)。L-乳酸濃度可達(dá)97.34g/L，纖維素的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到69.38％。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。