阅读说明：本技术 一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法 (Method for producing butyric acid by cascade fermentation of acetobacter and clostridium butyricum ) 是由 曹华伟 吕向云 李冰 杨永 娄百勇 远万里 于 2021-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法,发酵工艺为三级,包括一级种子培养、二级种子培养和发酵培养,丁酸梭菌摇瓶种子培养,接种于一级种子培养基中进行一级种子培养,然后接种于二级种子培养基中进行二级种子培养,最后接种于发酵罐培养基和醋酸杆菌中进行发酵培养,发酵培养分为两个阶段,第一阶段培养温度为30-35℃,发酵pH降至4.5-5.5时,开始升温至35-37℃,进行第二阶段培养,控制pH为6.0。本发明通过级联发酵,醋酸杆菌利用部分葡萄糖和淀粉生产出丁酸的合成原料乙酸,以此来减少原料中乙酸钙的成本,增加丁酸生产效率,提高发酵效率,提升发酵效能。(The invention discloses a method for producing butyric acid by cascade fermentation of clostridium acetobutylicum and clostridium butyricum, which comprises three stages of fermentation processes, wherein the fermentation processes comprise first-stage seed culture, second-stage seed culture and fermentation culture, the clostridium butyricum shake flask seed culture is inoculated in a first-stage seed culture medium for first-stage seed culture, then is inoculated in a second-stage seed culture medium for second-stage seed culture, and finally is inoculated in a fermentation tank culture medium and the bacillus acetobacter for fermentation culture, the fermentation culture is divided into two stages, the culture temperature of the first stage is 30-35 ℃, when the fermentation pH is reduced to 4.5-5.5, the temperature is initially increased to 35-37 ℃, the second-stage culture is carried out, and the pH is controlled to be 6.0. According to the invention, through cascade fermentation, acetobacter utilizes part of glucose and starch to produce acetic acid which is a synthetic raw material of butyric acid, so that the cost of calcium acetate in the raw material is reduced, the production efficiency of butyric acid is increased, the fermentation efficiency is improved, and the fermentation efficiency is improved.)

一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法

技术领域

本发明属于丁酸发酵技术领域，尤其涉及一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法。

背景技术

丁酸是反刍动物瘤胃和杂食动物结肠中微生物发酵碳水化合物的产物，具有较强的杀菌作用，被认为是抗生素的潜在替代物。丁酸与抗生素合用可提高疗效，大量实验表明它无毒副作用，广泛应用于医药、功能性保健食品和动物饲料的添加剂。目前丁酸发酵培养仍大都停留在实验室阶段，产物浓度基本在10-30g/L左右，在工业化生产中中存在发酵效率偏低，成本偏高的情况。

目前丁酸的发酵生产为厌氧培养，发酵环境如有氧气存在菌体将不会生长，甚至死亡；另外菌体对生长最佳pH要求严格，若偏离最佳pH则可能得不到目标产物。发酵过程为三级发酵，一级种子培养工艺：温度37℃，厌氧，转速200rpm/min，ph自然，培养时间20-24h；二级种子培养：温度37℃，转速200rpm/min，培养周期10-24h，ORP控制-300到-500mv，pH控制在5.90；发酵培养：温度37℃，转速150-200rpm/min，培养周期40-50h，ORP控制-400到-500mv，ph控制在5.90；发酵结束检测丁酸含量，根据丁酸浓度投加适量的钠盐或钙盐得到丁酸盐。现有的丁酸发酵技术副产物较多，生产效率较低，生产成本偏高，不适合现代化工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种发酵条件合理、成本低廉、产品质量稳定、适合工业化生产的醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法，包括以下步骤：发酵方法为三级，包括一级种子培养、二级种子培养和发酵培养，丁酸梭菌摇瓶种子培养12-16小时，接种于一级种子培养基中进行一级种子培养，接种量为0.25%然后接种于二级种子培养基中进行二级种子培养，接种量为10%，最后接种于发酵罐培养基和醋酸杆菌中进行发酵培养，接种量为20%，发酵培养分为两个阶段，第一阶段培养温度为30-35℃，发酵pH降至4.5-5.5时，开始升温至35-37℃，进行第二阶段培养，控制pH为6.0。

进一步地，所述一级种子培养基的组成包括：葡萄糖0.5%-0.6%、酵母浸粉1%-2%、蛋白胨0.5%-1.0%、氯化钠0.05%-0.2%。

进一步地，所述二级种子培养基的组成包括：酵母浸粉1%-2%、蛋白胨0.5%-1%、可溶性淀粉0.1%-0.2%、葡萄糖0.4%-0.6%、氯化猛0.01%-0.2%、氯化钠0.05%-0.06%、乙酸钠0.3%-0.4%。

进一步地，所述发酵罐培养基的组成包括：葡萄糖10%-20%、硫酸铵0.1%-0.2%、蛋白胨0.4%-0.6%、酵母粉0.1%-0.2%、磷酸二氢钾0.1%-0.2%、碳酸钙0.2%-0.4%、硫酸镁0.07%-0.8%、硫酸锰0.01%-0.03%、消泡剂0.1%。

进一步地，所述一级种子培养的条件为：培养温度37℃，转速200rpm，培养时间24-48小时。

进一步地，所述二级种子培养的条件为：培养温度37℃，转速200rpm，培养时间24小时。

进一步地，所述发酵培养的第二阶段培养条件为：压力0.01Mpa，转速200rpm，培养时间48小时。

本发明具有的优点是：

本发明提供的醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法，通过级联发酵，醋酸杆菌利用部分葡萄糖和淀粉生产出丁酸的合成原料乙酸，以此来减少原料中乙酸钙的成本，增加丁酸生产效率，提高发酵效率，提升发酵效能。正常工艺放罐丁酸含量为45-50g/L、乙酸含量为5g/L、乳酸含量为2-3g/L，本发明发酵放罐HPLC检测丁酸含量为44-48g/L、乙酸含量7g/L、乳酸含量为1-2g/L，实验结果表明改进工艺后放罐丁酸含量与初始工艺基本一致，乙酸含量增加40%，乳酸含量降低50%左右，但单罐成本降低3000-5000元（按30吨发酵罐装液15吨计）。

本发明的提供的发酵罐培养基组分中增加碳酸钙，减少5%的乙酸钙，每吨发酵液培养基成本降低300元。本发明发酵条件合理、成本低廉、产品质量稳定、适合工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，另外，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法，包括以下步骤：发酵方法为三级，包括一级种子培养、二级种子培养和发酵培养。丁酸梭菌摇瓶种子培养12小时，接种于一级种子培养基中进行一级种子培养，接种量为0.25%，一级种子培养基的组成包括：葡萄糖0.5%、酵母浸粉1%、蛋白胨0.5%、氯化钠0.05%。一级种子培养的条件为：培养温度37℃，转速200rpm，培养时间24小时。

然后接种于二级种子培养基中进行二级种子培养，接种量为10%，二级种子培养基的组成包括：酵母浸粉1%、蛋白胨0.5%、可溶性淀粉0.1%、葡萄糖0.4%、氯化猛0.01%、氯化钠0.05%、乙酸钠0.3%。二级种子培养的条件为：培养温度37℃，转速200rpm，培养时间24小时。

最后接种于发酵罐培养基和醋酸杆菌中进行发酵培养，接种量为20%，发酵罐培养基的组成包括：葡萄糖10%、硫酸铵0.1%、蛋白胨0.4%、酵母粉0.1%、磷酸二氢钾0.1%、碳酸钙0.2%、硫酸镁0.07%、硫酸锰0.01%、消泡剂0.1%。发酵培养分为两个阶段，第一阶段培养温度为30℃，发酵pH降至4.5时，开始升温至35℃，进行第二阶段培养，控制pH为6.0，压力0.01Mpa，转速200rpm，培养时间48小时。

实施例2

一种醋酸杆菌和丁酸梭菌级联发酵生产丁酸的方法，包括以下步骤：发酵方法为三级，包括一级种子培养、二级种子培养和发酵培养。丁酸梭菌摇瓶种子培养16小时，接种于一级种子培养基中进行一级种子培养，接种量为0.25%，一级种子培养基的组成包括：葡萄糖0.6%、酵母浸粉2%、蛋白胨1.0%、氯化钠0.2%。一级种子培养的条件为：培养温度37℃，转速200rpm，培养时间48小时。

然后接种于二级种子培养基中进行二级种子培养，接种量为10%，二级种子培养基的组成包括：酵母浸粉2%、蛋白胨1%、可溶性淀粉0.2%、葡萄糖0.6%、氯化猛0.2%、氯化钠0.06%、乙酸钠0.4%。二级种子培养的条件为：培养温度37℃，转速200rpm，培养时间24小时。

最后接种于发酵罐培养基和醋酸杆菌中进行发酵培养，接种量为20%，发酵罐培养基的组成包括：葡萄糖20%、硫酸铵0.2%、蛋白胨0.6%、酵母粉0.2%、磷酸二氢钾0.2%、碳酸钙0.4%、硫酸镁0.8%、硫酸锰0.03%、消泡剂0.1%。发酵培养分为两个阶段，第一阶段培养温度为35℃，发酵pH降至5.5时，开始升温至37℃，进行第二阶段培养，控制pH为6.0，压力0.01Mpa，转速200rpm，培养时间48小时。