專利名稱：一種利用乳清兩步發(fā)酵制備乙酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用乳清兩步發(fā)酵制備乙酸的方法。
背景技術(shù)：
乙酸是一種重要的有機(jī)化工原料和化學(xué)反應(yīng)中的溶劑，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、合成材料、化纖和煙草等工業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中 占有相當(dāng)重要的作用。乙酸的生產(chǎn)方法有許多種，目前國(guó)內(nèi)常用的是乙醛氧化法和甲醇羰基合成法。乳清是工業(yè)生產(chǎn)干酪和干酪素的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)I kg干酪和I kg干酪素可分別產(chǎn)生9 kg和27 kg乳清，因此，雖然我國(guó)的干酪和干酪素生產(chǎn)尚處于發(fā)展階段，但每年仍會(huì)產(chǎn)生大量的乳清。乳清中乳糖含量極高，營(yíng)養(yǎng)豐富，乳清大量排放不僅是對(duì)資源的浪費(fèi)，更是對(duì)環(huán)境造成了重大破壞。因此，合理開(kāi)發(fā)利用乳清，不僅節(jié)約了資源，還對(duì)環(huán)境起到了保護(hù)作用。本專利以乳清為原料，以植物乳桿菌及丙酸桿菌為出發(fā)菌株，對(duì)影響兩步發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的發(fā)酵溫度、接種量、轉(zhuǎn)速、裝液量及發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行了研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用乳清兩步發(fā)酵制備乙酸的方法，本專利以乳清為原料，以植物乳桿菌及丙酸桿菌為出發(fā)菌株，對(duì)影響兩步發(fā)酵生產(chǎn)乙酸的發(fā)酵溫度、接種量、轉(zhuǎn)速、裝液量及發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行了研究。I. 一種利用乳清兩步發(fā)酵制備乙酸的方法，其特征在于發(fā)酵分兩步進(jìn)行第一步在250 mL三角瓶中裝入一定體積的發(fā)酵培養(yǎng)基，接入一定量的植物乳桿菌種子液到發(fā)酵培養(yǎng)基中，分別在不同的初始pH值條件下發(fā)酵培養(yǎng)以一定的轉(zhuǎn)速和溫度下發(fā)酵一定的時(shí)間，將乳清中的乳糖發(fā)酵成乳酸；第二步將丙酸桿菌以一定的接種量接入第一步得到的發(fā)酵液中，繼續(xù)在一定溫度、轉(zhuǎn)速下發(fā)酵一定時(shí)間，將乳酸發(fā)酵成乙酸。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):乳清40，蛋白胨15，酵母膏 5，NH4HCO3 3，MgSO4 3，K2HPO4 3，pH5. O。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵最佳裝液量為150 mL/250mL 二角瓶。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵最佳接種量為5%。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵最佳發(fā)酵溫度為37°C。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其特征在于第一步發(fā)酵最佳轉(zhuǎn)速為50 rpm/min。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵最佳發(fā)酵時(shí)間為42 h。8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵最佳接種量為4%。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵最佳發(fā)酵溫度為37°C。10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵最佳轉(zhuǎn)速為60 rpm/
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11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵最佳發(fā)酵時(shí)間為48 h。


圖I不同裝液量對(duì)第一步發(fā)酵乳酸產(chǎn)量的影響。圖2不同接種量對(duì)第一步發(fā)酵乳酸產(chǎn)量的影響。圖3不同發(fā)酵溫度對(duì)第一步發(fā)酵乳酸產(chǎn)量的影響。圖4不同轉(zhuǎn)速對(duì)第一步發(fā)酵乳酸產(chǎn)量的影響。圖5不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)第一步發(fā)酵乳酸產(chǎn)量的影響。圖6不同接種量對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響。圖7不同發(fā)酵溫度對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響。
圖8不同轉(zhuǎn)速對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響。圖9不同發(fā)酵時(shí)間第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，但對(duì)本發(fā)明沒(méi)有限制。實(shí)施例I
本實(shí)施案例說(shuō)明不同裝液量對(duì)第一步發(fā)酵乳酸產(chǎn)量的影響，發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):乳清40，蛋白胨 15，酵母膏 5，NH4HCO3 3,MgSO4 3, K2HPO4 3，pH5. O。將配置好的培養(yǎng)基60 mL、90mL、120mL、150 mL、180 mL裝入250 mL三角瓶中，121°C滅菌20 min。往每個(gè)三角瓶中接入5%的植物乳桿菌種子，于37°C、60 rpm/min下發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乳酸的含量(參照GB/T 12456-2008)，得到裝液量對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響如圖I所示。植物乳桿菌是一種厭氧菌，因此增加裝液量，有利于發(fā)酵。由圖I可知，隨著裝液量的增加，乳酸產(chǎn)量先是大幅增加，但當(dāng)裝液量為180 mL/250 mL三角瓶時(shí)，產(chǎn)量反而下降，因此選擇150 mL/250 mL三角瓶為最佳裝液量。實(shí)施例2
本實(shí)施案例說(shuō)明不同接種量對(duì)第一步乳酸產(chǎn)量的影響，發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):乳清40，蛋白胨15，酵母膏5，NH4HCO3 3，MgSO4 3，K2HPO4 3，pH5. O。將配置好的培養(yǎng)基150 mL裝入250 mL三角瓶中，121°C滅菌20 min。分別往每個(gè)三角瓶中接入2%、3%、4%、5%、6%、7%的植物乳桿菌種子，于37°C、60 rpm/min下發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乳酸的含量(參照GB/T12456-2008)，得到接種量對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響如圖2所示。由圖2可知，接種量為2-5%時(shí)，乳酸產(chǎn)量隨接種量的增大而快速增大，當(dāng)接種量大于5%時(shí)，隨著接種量的增大，乳酸產(chǎn)量也有所增加，但是變化不大，因此，選擇5%為最佳接種量。實(shí)施例3
本實(shí)施案例說(shuō)明不同發(fā)酵溫度對(duì)第一步乳酸產(chǎn)量的影響，發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):乳清40，蛋白胨15，酵母膏5，NH4HCO3 3，MgSO4 3，K2HPO4 3，pH5. O。將配置好的培養(yǎng)基150 mL裝入250 mL三角瓶中，121°C滅菌20 min。往每個(gè)三角瓶中接入5%的植物乳桿菌種子，分別于28°C、30°C、32°C、35°C、37°C、4(TC，60 rpm/min下發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乳酸的含量(參照GB/T 12456-2008)，得到不同發(fā)酵溫度對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響如圖3所示。
由圖3可知，植物乳桿菌在低溫時(shí)產(chǎn)量較低，隨著溫度的升高，乳酸產(chǎn)量逐漸增力口，37°C時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最大，為2. 58 g，之后產(chǎn)量有所下降，因此選擇37°C為最佳發(fā)酵溫度。實(shí)施例4
本實(shí)施案例說(shuō)明不同轉(zhuǎn)速對(duì)第一步乳酸產(chǎn)量的影響，發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):乳清40，蛋白胨15，酵母膏5，NH4HCO3 3，MgSO4 3，K2HPO4 3，pH5. O。將配置好的培養(yǎng)基150 mL裝入250 mL三角瓶中，121°C滅菌20 min。往每個(gè)三角瓶中接入5%的植物乳桿菌種子，分別于40、60、80、100、120 rpm/min, 37°C下發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乳酸的含量(參照GB/T12456-2008)，得到轉(zhuǎn)速對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響如圖4所示。植物乳桿菌是厭氧菌，轉(zhuǎn)速小可以減少溶氧，有利于發(fā)酵進(jìn)行。由圖4可知，從40 rpm/min到60 rpm/min,乳酸產(chǎn)量較高,且呈上升趨勢(shì),從60 rpm/min到120 rpm/min,乳酸產(chǎn)量隨之轉(zhuǎn)速的提高而逐漸降低。因此，選擇60 rpm/min作為最佳轉(zhuǎn)速。實(shí)施例5
本實(shí)施案例說(shuō)明不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)第一步乳酸產(chǎn)量的影響，發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):乳清40，蛋白胨15，酵母膏5，NH4HCO3 3，MgSO4 3，K2HPO4 3，pH5. O。將配置好的培養(yǎng)基150 mL裝入250 mL三角瓶中，121°C滅菌20 min。往每個(gè)三角瓶中接入5%的植物乳桿菌種子，分別于60 rpm/min、37°C發(fā)酵24 h、30 h、36 h、42 h、48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乳酸的含量(參照GB/T 12456-2008)，得到轉(zhuǎn)速對(duì)乳酸產(chǎn)量的影響如圖5所示。由圖5可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，乳酸的產(chǎn)量逐漸增加，42 h以后，雖然有所增力口，但變化不大，因此，選擇42 h作為最適發(fā)酵時(shí)間。實(shí)施例6
本實(shí)施案例說(shuō)明不同接種量對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響，往第一步發(fā)酵同批次的發(fā)酵液中分別接入2%、3%、4%、5%、6%、7%的丙酸桿菌種子，于60 rpm/min、37°C發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乙酸的含量(HPLC法)，得到不同接種量對(duì)乙酸產(chǎn)量的影響如圖6所示。由圖6可知，接種量從2%到4%變化時(shí)，隨著接種量的增加，乙酸產(chǎn)量迅速增加，而從4%到7%，產(chǎn)量也在不斷增大，但是變化不大，因此選擇4%作為最佳接種量。實(shí)施例7
本實(shí)施案例說(shuō)明不同發(fā)酵溫度對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響，往第一步發(fā)酵同批次的發(fā)酵液中分別接入4%的丙酸桿菌種子，分別于30°C、32°C、35°C、37°C、40°C，60 rpm/min、發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乙酸的含量(HPLC法)，得到不同發(fā)酵溫度對(duì)乙酸產(chǎn)量的影響如圖7所示。由圖7可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，乙酸的產(chǎn)量逐漸增大，但是37°C以后產(chǎn)量開(kāi)始有所下降，故選擇37°C作為最適發(fā)酵溫度。實(shí)施例8
本實(shí)施案例說(shuō)明不同轉(zhuǎn)速對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響，往第一步發(fā)酵同批次的發(fā)酵液中分別接入4%的丙酸桿菌種子，分別于40、50、60、70、80 rpm/min，37°C發(fā)酵48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乙酸的含量(HPLC法)，得到不同轉(zhuǎn)速對(duì)乙酸產(chǎn)量的影響如圖8所示。由圖8可知，從40 rpm/min到50 rpm/min,乙酸產(chǎn)量隨轉(zhuǎn)速的升高而增加；從50rpm/min到80 rpm/min,乙酸產(chǎn)量隨轉(zhuǎn)速的升高而降低，因此,選擇50 rpm/min作為最佳轉(zhuǎn)速。
實(shí)施例9
本實(shí)施案例說(shuō)明不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)第二步發(fā)酵乙酸產(chǎn)量的影響，往第一步發(fā)酵同批次的發(fā)酵液中分別接入4%的丙酸桿菌種子，于50rpm/min、37°C下分別發(fā)酵24、30、36、42、48 h，發(fā)酵終止后，測(cè)定乙酸的含量(HPLC法)，得到不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)乙酸產(chǎn)量的影響如圖9所示。由圖9可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，乙酸的產(chǎn)量不斷增加，但48 h后增速變緩，因此，選擇48 h作為最適發(fā)酵時(shí)間。·
權(quán)利要求
1.一種利用乳清兩步發(fā)酵制備乙酸的方法，其特征在于發(fā)酵分兩步進(jìn)行第一步在250 mL三角瓶中裝入一定體積的發(fā)酵培養(yǎng)基，接入一定量的植物乳桿菌種子液到發(fā)酵培養(yǎng)基中，分別在不同的初始pH值條件下發(fā)酵培養(yǎng)以一定的轉(zhuǎn)速和溫度下發(fā)酵一定的時(shí)間，將乳清中的乳糖發(fā)酵成乳酸；第二步將丙酸桿菌以一定的接種量接入第一步得到的發(fā)酵液中，繼續(xù)在一定溫度、轉(zhuǎn)速下發(fā)酵一定時(shí)間，將乳酸發(fā)酵成乙酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，發(fā)酵培養(yǎng)基乳清40g/L，蛋白胨15 g/L，酵母膏 5 g/L, NH4HCO3 3 g/L，MgSO4 3 g/L，K2HPO4 3 g/L，pH5. O。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵接種量為5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵發(fā)酵溫度為37°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵轉(zhuǎn)速為50rpm/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第一步發(fā)酵發(fā)酵時(shí)間為42h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵接種量為4%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵發(fā)酵溫度為37°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵轉(zhuǎn)速為60rpm/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于第二步發(fā)酵發(fā)酵時(shí)間為48h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用乳清兩步發(fā)酵制備乙酸的方法，本發(fā)明以乳清為原始材料，以植物乳桿菌和丙酸桿菌為出發(fā)菌株，對(duì)兩步發(fā)酵的溫度、接種量、轉(zhuǎn)速、裝液量、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行了研究。
文檔編號(hào)C12R1/01GK102703532SQ20121021229
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者周雪琴 申請(qǐng)人:太倉(cāng)市周氏化學(xué)品有限公司