[发明专利]一种以木薯渣水解液为碳源生产ε-聚赖氨酸的方法

说明书

本发明公开了一种以木薯渣水解液为碳源生产ε‑聚赖氨酸的方法，属于发酵工程技术领域。在ε‑聚赖氨酸发酵中，以木薯渣酶水解液为碳源，按照初始葡萄糖浓度在10‑70g/L范围进行ε‑PL分批发酵，能有效生产ε‑聚赖氨酸。相同条件下，摇瓶和罐分批发酵，利用水解液的最高ε‑聚赖氨酸产量比葡萄糖分别高17.9％和24.6％。同时产生菌在水解液发酵中表现出更强的酸耐受性。结合补料分批发酵，同时流加浓缩水解液和混合氮源，ε‑聚赖氨酸最高产量达37.41g/L。本发明将木薯渣水解液应用于ε‑聚赖氨酸发酵，实现ε‑聚赖氨酸高效生产，也可减轻处理木薯渣带来的环境污染问题。此方法操作可行、效果明显，易实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种以木薯渣水解液为碳源生产ε-聚赖氨酸的方法，属于发酵技术领域。

背景技术

ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)由25-35个L-赖氨酸残基通过α-羧基与ε-氨基的缩合作用聚合形成的一种同聚物。ε-PL具有很强的抑菌能力，对细菌、酵母菌、霉菌等，都具有良好的抑制作用。同时，ε-PL具有良好水溶性、热稳定性高、可食用、可降解以及对人和环境无毒害等优点。因此，ε-PL作为一种优良的天然食品防腐剂，已相继被日本、韩国、美国、中国和欧洲等国家和地区批准其在食品工业中使用。ε-PL可用作吸水材料、药物和基因载体、乳化剂等，因此ε-PL具有广阔的应用市场和重要的潜在商业价值。

目前，ε-PL主要由小白链霉菌(Streptomyces albulus)或其他链霉菌发酵生产，该法最早是由日本科研人员所开发。如，2001年Kahar et al.利用S.albulus S410，以葡萄糖为碳源，通过营养成分流加技术结合两阶段pH调控策略，获得了当时48.3g/L的最高ε-PL产量，在随后十多年时间里保持为最高值。随后，许多研究人员相继通过各种方法来提高其产量。如孙启星等人(2015年)提出了在补料阶段利用调节pH值和流加酵母粉方法，实现ε-PL产量达到41.32g/L。2015年，Ren等提出了“pH冲击”策略，以葡萄糖和甘油为碳源，经过192h，菌株S.sp.M-Z18的ε-PL产量达到57.4g/L。Xu等(2018年)，将铵离子转运蛋白基因导入S.albulus PD-1，以葡萄糖为碳源，使ε-PL产量提升至35.7g/L。最近，Wang et al.(2018年)通过六种抗生素抗性突变，筛到ε-PL摇瓶产量达4.41g/L的诱变株R6，利用葡萄糖和甘油为碳源及优化发酵工艺，在5L罐中获得70.3g/L产物，为目前报道的发酵法生产ε-PL的最高产量。

上述研究显著提高了ε-PL的产量，为其工业化生产奠定了坚实的基础。但是，ε-PL生产成本仍然偏高。其中原因之一，是目前使用的碳源以葡萄糖或甘油为主，消耗的碳源成本占培养基成本的70％以上。因此，寻找廉价的碳源用于ε-PL生产，降低其生产成本是非常有必要的。

木薯在非洲、东南亚和拉丁美洲等地区广泛种植，在中国南方地区的年产量高达911万吨。木薯渣是木薯淀粉工业的主要废料，就中国广西地区而言，每年都会有100余万吨的湿木薯渣产生。木薯渣通常用作低值的动物饲料，或填埋于垃圾场而产生二次污染。木薯渣主要含淀粉和纤维素成分，其中淀粉含量可达干重的40％-70％。因此，将其中的淀粉水解为可发酵糖，应用于微生物发酵极具潜力。已有文献报道，以木薯渣水解液为碳源发酵生产琥铂酸、生物油脂、丁醇等多种生物产品。但是，目前尚未见利用木薯水解液来生产ε-PL的报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种以木薯渣水解液为碳源生产ε-聚赖氨酸的方法。本发明利用“α-淀粉酶、糖化酶和纤维素酶”依次对木薯渣进行水解，获得含有一定量葡萄糖的木薯渣水解液(简称水解液)，以该水解液为碳源进行分批或补料分批发酵，能有效生产ε-聚赖氨酸。

本发明的第一个目的是提供一种以木薯渣水解液为碳源生产ε-聚赖氨酸的方法，所述方法是在ε-聚赖氨酸发酵过程中，以木薯渣水解液作为发酵培养基和/或补料培养基中的碳源。

进一步地，所述的木薯渣水解液采用水解酶酶解，再经过滤、浓缩得到。