一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法及发酵培养基配方

摘要

本发明公开了一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法及发酵培养基配方，将灭菌的发酵培养基的温度降至50-60℃，按5%-10%的接种量接种乳酸菌进行发酵，维持罐压0.02MP~0.03MP，用20%食品级的氢氧化钠维持pH5.0-5.5，发酵温度50~55℃。发酵结束指标为残糖为0，发酵终了乳酸钠产量为150g/l;经过8040型膜脱去糖及二价以上的金属，浓缩检验完全符合国标GB-25537-2010。本发明公开的方法减少了废水排放，无潜在的食品安全问题，能源消耗量较低，减少了生产步骤，降低生产成本，具备显著的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法，还涉及一种适用于直接发酵生产L-乳酸钠的方法的发酵培养基。 

背景技术

L-乳酸钠可做乳化剂、保湿剂、风味改进剂、品质改进剂、抗氧化增效剂和pH调节剂被广泛应用于肉禽食品加工业，能增强风味、抑制食物内致病细菌的生长、延长产品货架期。 

乳酸钠作为食品保鲜剂、调味剂、防冻剂、保湿剂等，已在部分国家替代苯甲酸钠作防腐剂应用于食品行业，它被美国食品与药品局认为“安全无毒物质”。 

现有乳酸钠的生产有二种：一种是直接用乳酸合成，也就拿食品级乳酸直接和离子膜碱反应，生成乳酸钠，这样成本较高；另外一种，就是酯化法生产乳酸钠，把粗乳酸与甲醇经酯化精馏得到乳酸甲酯，再把离子膜碱和乳酸甲酯反应，生成乳酸钠和甲醇，精馏出甲醇；一方面，能源消耗较高，另外一方面，有甲醇分离不尽的潜在危险。 

用葡萄糖直接发酵生产L－乳酸钠，是用葡萄糖做为发酵原料，通过调整辅料配方，用食品级氢氧化钠做为中和剂；发酵控制温度55度,PH控制在5.5；发酵终了产酸150g/l；经过8040型膜脱去糖及二价以上的金属，浓缩检验完全符合国标GB-25537-2010。用玉米或是淀粉制糖液发酵，同样用食品级氢氧化钠做中和剂，经8040膜脱糖，除二价以上金属离子，发现易炭化合物及色度均不合格，考虑可能是淀粉或玉米中蛋白及其玉米浆中的其它成份导致。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法，该方法缩短了目前生产乳酸钠的生产工序，降低了工业生产成本，同时可以减少污水排放。 

本发明的另一个目的在于提供了一种适用于直接发酵生产L-乳酸钠方法的葡萄糖发酵培养基，利用该培养基进行发酵生产，获得的产品质量好，产量高。 

为了实现以上目的，本发明采用如下技术措施： 

一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法，包括将灭菌的发酵培养基的温度降至50-60℃，按5％-10％的接种量接种乳酸菌进行发酵，在发酵的过程中，维持罐压0.02MP～0.03MP，用20％(质量体积比)食品级的氢氧化钠维持pH 5.0-5.5，发酵温度控制在45～55℃。发酵结束指标为残糖为0，按常规方法进行纯化浓缩，即获得L-乳酸钠。 

如上所述的方法，选用的发酵培养基为以下三种发酵培养基之一： 

葡萄糖发酵培养基：葡萄糖230g/L，酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L，1.5×10^-3g/L核黄素，1.0×10^-3g/L蛋氨酸，硫酸铵1.5g/L； 

玉米发酵培养基：200目的玉米粉230g/L； 

淀粉发酵培养基：淀粉230g/L，1％(质量体积比)玉米浆。 

所选的发酵培养基需经连消灭菌。所述连消灭菌室工业化生产中的一种灭菌方式，即将发酵培养基在115-120℃的温度下维持20-30min进行灭菌。 

优选葡萄糖发酵培养基。 

如上所述的方法，商品化的菌株均可完成本发明。 

如上所述的方案中，乳酸菌优选德式乳酸杆菌Lactobacillus delbrueckii SZ01，CCTCC NO：M2014268。 

如上所述的方案中，优选的L-乳酸钠的纯化浓缩方法具体如下： 

1.陶瓷膜过滤：将发酵液用陶瓷膜进行过滤，除去发酵液中的菌体、多糖胶体及蛋白等大分子杂质，过滤陶瓷膜孔径为0.01-1.0μm。得到L-乳酸钠的清液。 

2.脱色过滤：将含有乳酸钠的发酵液经过活性炭过滤、脱色。 

3.pH调节：用20％的氢氧化钠调节pH值为7.0，以获得中性产品。 

4.8040超滤膜过滤：料液在压力为1.0-2.0MPa，频率为30-50Hz，温度为18-28℃的条件下进行超滤膜过滤。 

6、浓缩：降低压强，蒸馏除去多余水分，即得到乳酸钠产品。 

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果： 

1、本发明减少了废水排放，无潜在的食品安全问题，能源消耗量较低，产品符合或高于GB-25537-2010标准。 

2、本发明明显的简化了L-乳酸钠的生产方法： 

合成法工艺：玉米粉碎(淀粉)－－调浆－－制糖－－灭菌发酵(氢氧化钙中和剂)－－接乳酸菌种－－发酵结束－－脱色过滤－－硫酸酸解－－离子交换－－浓缩－－加氢氧化钠合成－－浓缩至客户需要浓度。 

酯化法工艺：玉米粉碎(淀粉)－－调浆－－制糖－－灭菌发酵(氢氧化钙中和剂)－－接乳酸菌种－－发酵结束－－脱色过滤－－硫酸酸解－－离子交换－－脱水－－加甲醇酯法－－精馏甲酯－－加氢氧化钠－－水解脱醇－－浓缩乳酸钠至客户需求。 

葡萄发酵直接生产工艺：葡萄糖调浆(氢氧化钠中和剂)－－灭菌发酵－－脱色过滤－－8040膜过滤－－浓缩乳酸钠至客户需求浓度。 

3、与传统工艺相比，生产成本更低 

以生产1吨乳酸钠对比成本消耗： 

附图说明

图1为一种利用葡萄糖直接发酵生产L乳酸钠的工艺流程图。 

具体实施方式

下面结合具体实例，进一步阐述本发明。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到，下列实施例中未注明具体实验条件和方法，通常按照常规培养与分离方法得到。 

实施例1： 

一种直接发酵生产L-乳酸钠的方法，其步骤如下： 

1.发酵培养基： 

选择葡萄糖发酵培养基： 

发酵液配方为：葡萄糖230g/L，酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L，1.5×10^-3g/L核黄素，1.0×10^-3g/L蛋氨酸，硫酸铵1.5g/L。 

葡萄糖采为西王集团生产的食品级结晶糖； 

氢氧化钠为天源化工生产的离子膜烧碱(达到食品级)； 

酵母粉为安琪酵母股份有限公司的安琪酵母浸粉； 

硫酸铵购自南京帝斯曼东方化工有限公司； 

蛋氨酸和核黄素为试剂级。 

2.发酵 

待葡萄糖配料的温度降至55℃，按10％的接种量接种乳酸菌进行发酵，在发酵的过程中，维持罐压0.02MP，用20％的氢氧化钠维持pH 5.0-5.5，发酵温度控制在55℃。发酵结束指标为残糖为0，发酵周期为32h，发酵完成后L-乳酸钠的浓度是15％(质量体积比)。 

所述的乳酸菌为德式乳酸杆菌SZ01，该德式乳酸杆菌(Lactobacillus delbrueckii)SZ01于2014年6月18日已在武汉大学中国典型培养物保藏中心保藏，保藏号CCTCC NO：M2014268，分类命名：德式乳酸杆菌Lactobacillus delbrueckii SZ01，地址：中国武汉武汉大学。 

德式乳酸杆菌(Lactobacillus delbrueckii)SZ01为申请人从糖蜜中筛选，通过紫外诱变驯化得到，可以在温度为55℃，糖浓度为23％的条件下进行发酵生产L-乳酸，高温高糖条件下进行发酵能严格杜绝杂菌的污染，在工业化生产中具有很大的优势。以常规方案利用德式乳酸杆菌生产的L-乳酸，产量高达180-200g/L，光学纯度可以达到99.86％，发酵时间为30-35h，糖酸转化率达到95-98％。 

活化过程如下： 

德式乳酸杆菌SZ01的活化：将德式乳酸杆菌SZ01置于LB的培养平板上，于55℃条件下培养8h，活化； 

德式乳酸杆菌的摇瓶种子培养：将活化的德式乳酸杆菌SZ01菌株取直径在1cm左右的菌落分别接种于装有100ml的种子培养基的250ml的三角瓶中，于150r/min，55℃条件下震荡培养，培养10h，摇瓶种子培养的pH达到4.5，菌体OD值可达到1.3，即可用于发 酵罐接种； 

所述种子培养基组分及配方为：葡萄糖130g/L，硫酸铵4g/L，磷酸二铵2g/L。 

3.纯化浓缩 

1).陶瓷膜过滤：将发酵液用陶瓷膜进行过滤，除去发酵液中的菌体、多糖胶体及蛋白等大分子杂质，过滤陶瓷膜孔径为1.0μm。得到L-乳酸钠的清液。 

2).脱色过滤：将含有乳酸钠的发酵液经过活性炭过滤、脱色。 

3).pH调节：用20％的氢氧化钠调节pH值为7.0.以获得中性产品。 

4).8040超滤膜过滤：料液在压力为2.0MPa，频率为50Hz，温度为28℃的条件下进行超滤膜过滤。 

6).浓缩：降低压强，蒸馏除去多余水分，即得到乳酸钠产品。 

按上述步骤制得的60％浓度的乳酸钠溶液其质量标准如下： 

性状：无色或近乎无色的透明粘稠液体 

旋光度：左旋|α|b²⁵为99.86％ 

含量：60％ 

液性(pH)：7.0 

确认试验：呈钠盐、乳酸盐的定性反应 

色号：20APHA 

氯化物：0.03％ 

砷(以As计)：2ppm 

重金属(以pb计)：8ppm 

镁：1ppm 

铁：1ppm 

醛：5min内不呈暗褐色 

甲醇、甲酯：≤0.025％ 

苹果酸盐、酒石酸盐及柠檬酸盐：液体澄明 

挥发性脂肪酸盐：无脂肪酸味的臭气发生 

实施例2： 

利用不同的发酵培养基直接生产乳酸钠： 

按照实施例1所述方法，检测以玉米粉为发酵原料，淀粉为发酵原料和本发明所述葡萄糖培养基为发酵原料，最终的产品情况。 

玉米粉的培养基配方：200目的玉米粉230g/L 

淀粉培养基配方为：淀粉230g/L，1％(质量体积比)玉米浆。 

所述乳酸菌为德式乳杆菌SZ01。 

其他条件或方法与实施例1相同。 

检测发酵完成后L-乳酸钠的产量及产品质量。 

发酵完毕后，利用玉米粉发酵得到的发酵液中L-乳酸钠的产量为130.54g/L，发酵周期为40h；利用淀粉发酵得到的发酵液中L-乳酸钠的产量为142.37g/L，发酵周期为40h；利用葡萄糖发酵的发酵液中L-乳酸钠的产量为149.65g/L，发酵周期为32h。 

表1为将发酵后的乳酸钠溶液经过脱色过滤、8040超滤膜过滤脱糖和盐，然后浓缩至国标60％后进行检测得到的数据。 

表1利用不同发酵培养基发酵获得的L-乳酸钠的产品质量指标 

在试验过程中，用玉米粉发酵生产乳酸钠产品时，菌种生长状况良好，在经过了脱色过滤，8040膜过滤、浓缩后，经检验得到乳酸钠产品色度类似褐色；可能玉米中蛋白水解产生小分子氨基酸，浓缩受热产生美拉德反应。 

用淀粉作为发酵原料时，菌种生长状况不佳；添加1％玉米浆做为营养补充，长势很好，但料液颜色发红，脱色，8040膜滤；依旧色度和钾离子超标、金属离子招标，可能是淀粉中的蛋白及玉米浆中的其他成分导致。 

以葡萄糖为唯一原料做实验时，菌种几乎不生，可能缺乏生长因子。在经过两年的研究和实验，满足添加菌种营养成分不含有影响产品最终检测不合格物，获得了适用于本方法的发酵培养基配方：葡萄糖230g/L，酵母粉0.06g/L,磷酸二氢钠0.04g/L,磷酸氢二钠0.04g/L，1.5×10^-3g/L核黄素，1.0×10^-3g/L蛋氨酸，硫酸铵1.5g/L。 

实施例3： 

利用常规乳酸菌以葡萄糖发酵培养基直接发酵生产乳酸钠： 

按照实施例1所述方法，检测以本发明所述葡萄糖培养基为发酵原料，最终的产品情况。 

所述乳酸菌为重庆三恒生物公司菌株。在温度为45℃的发酵条件下进行发酵生产L-乳酸钠。发酵完毕后，发酵液中L-乳酸钠的产量为118.84g/L，发酵周期为40h。 

其他条件或方法与实施例1相同。 

检测发酵完成后L-乳酸钠的产量及产品质量。 

按实施例1的步骤脱色、过滤、浓缩后制得的60％浓度的乳酸钠溶液其质量标准如下： 

性状：无色或近乎无色的透明粘稠液体 

旋光度：左旋|α|b²⁵为99.52％ 

含量：60％ 

液性(pH)：7.0 

确认试验：呈钠盐、乳酸盐的定性反应 

色号：45APHA 

氯化物：0.05％ 

砷(以As计)：5ppm 

重金属(以pb计)：10ppm 

镁：2ppm 

铁：2ppm 

醛：5min内不呈暗褐色 

甲醇、甲酯：≤0.025％ 

苹果酸盐、酒石酸盐及柠檬酸盐：液体澄明 

挥发性脂肪酸盐：无脂肪酸味的臭气发生 

美拉德反应：出现美拉德反应 

由上述乳酸钠溶液的标准可以看出，用一株普通乳酸菌利用本发明所述葡萄糖培养基进行发酵直接生产L-乳酸钠，所得的乳酸钠的质量标准基本符合国标。但是相比于利用德式乳杆菌进行发酵时，生产的L-乳酸钠的旋光度低，色号也较高。但都符合乳酸钠的生产标准。