[发明专利]一种利用乳清发酵生产丁二酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，主要涉及一种利用廉价的乳清原料发酵生产丁二酸的方法。

背景技术

丁二酸，又称琥珀酸，是一种常见的天然有机酸，广泛的存在于人体、动物、植物、微生物中。丁二酸是一种重要的化学品，可用于表面活性剂、清洁剂、溶剂等领域，在食品行业可作为pH改良剂、风味剂或抗菌剂，也可用作动物饲料添加剂或植物助长剂等。在工业上，丁二酸是一种重要的碳四平台化合物，可以转化为很多重要的化学品，如脂肪酸、四氢呋喃、1，4-丁二醇、γ-丁内酯等，还可以作为单体用来合成生物可降解材料PBS。目前已有超过250种以苯为原料的化工产品可以通过丁二酸转化获得，因此丁二酸的市场需求不断增加。传统生产方法采用丁烷经顺丁烯二酸酐通过电解生产，污染大、转化率低、成本高，严重抑制了琥珀酸的发展潜力。

采用生物法制备丁二酸，与传统的化学法相比，具有环境友好性、循环利用资源、固定CO₂气体等诸多优点，对缓解当今社会能源短缺和环境污染具有重大战略意义。目前，生物法生产琥珀酸和它大多数衍生物的合成还处在进一步研究和开发阶段。生物法制备琥珀酸的微生物主要有从牛瘤胃中筛选出的产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillussuccinogenes)和基因工程构建的大肠杆菌(Esherichia coli)，培养基原料多为葡萄糖。使用低廉价格的碳源是降低琥珀酸发酵成本的关键因素之一。已有文献报道采用乳清为碳源进行丁二酸发酵，但是丁二酸产量最高仅为27.9g/L，收率57％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合利用食品工业废弃物乳清，采用发酵法生产丁二酸的方法，使得利用本发明所述的方法可以大大提高丁二酸的产量和收率，达到综合有效利用乳清实现丁二酸最大产率的目的。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案为：

一种利用乳清发酵生产丁二酸的方法，采用产琥珀酸放线杆菌Actinobacillussuccinogenes NJ113在含30～100g/L乳糖的乳清的培养基中发酵产琥珀酸。

该技术方案的具体方法是：

(1)种子培养：在100mL血清瓶中进行加入种子培养基为20～80mL，通入N₂和CO₂的混合气；冷却后接入产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes NJ113培养；

其中，种子培养基(g/L)：葡萄糖10(分消)，酵母膏5，NaHCO₃ 10，NaH₂PO₄·2H₂O9.6，K₂HPO₄·3H₂O 15.5；pH 6.8，121℃灭菌15min；

培养条件为：温度30～40℃，摇床转速100～200r/min，培养时间10～16h；

(2)发酵产酸：在5L发酵罐中加入发酵培养基体积为2～4L，接种量为3～7％(v/v)，温度为35～40℃，通入含有N₂和CO₂混合气以保持发酵体系的厌氧环境，搅拌转速在100～300rpm发酵时间为30～60h。

其中，发酵培养基(g/L)：乳清(按含乳糖计)30～100，酵母膏0～10，KH₂PO₄ 3，MgCl₂·6H₂O 0.3，CaCl₂ 0.3，NaCl 1，Na₂HPO₄ 0.31，NaH₂PO₄ 1.6。

其中，乳清的最佳配方为70g/L；酵母膏为6g/L。

本发明技术方案中所述的乳清为工业生产奶酪的副产物，经真空干燥后含75～80％(w/w)乳糖。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用从瘤胃中筛选出的琥珀酸放线杆菌，它也很适宜于发酵乳清原料，用其发酵乳清生产丁二酸，可有效减少氮源用量，产物浓度高达47.51g/L，收率高达67.9％，很适用于低成本丁二酸的工业化生产；