一种高效乳酸菌及其用于餐厨垃圾产乳酸中的应用的制作方法

本发明涉及微生物发酵领域，尤其涉及一种高效产乳酸菌及其在餐厨垃圾产乳酸中的应用。

背景技术：

1、随着城市人口增加和人民生活水平的不断提高，生活垃圾产量也在逐年增长。目前我国人口约为14亿人，按照人均生活垃圾产量为0.8kg/d计算，城市生活垃圾总产生量在40000万吨以上，年增长率在6％～8％。生活垃圾中餐厨垃圾占比大，约为40％～50％甚至更高。随着垃圾分类制度在我国逐步推进，餐饮业及日常生活所产生的餐厨垃圾采取集中收运统一处理的方式进行资源化利用，大量产生的餐厨垃圾给固废处理市场带来机遇的同时，也带来极大的挑战。

2、乳酸是一种天然有机酸，广泛应用于食品、制药、化工等领域，是工业生产所需的大宗液体化学品。目前工业乳酸的生产以发酵法为主，以粮食作物为原料，成本较高，且发酵生产过程中依赖严苛的无菌操作与纯菌培养等技术手段。餐厨垃圾营养丰富，尤其以淀粉为主的碳水化合物含量高达60％以上(干基)，可作为乳酸发酵生产的廉价可再生生物质原料。已有研究表明，餐厨垃圾在开放且不外加其他营养物质的条件下可以进行乳酸发酵，但产乳酸浓度不高，且获得的乳酸发酵液中含多种副产物，如乙醇、乙酸等，导致下游乳酸提纯成本高，难以实现餐厨垃圾产乳酸的工业化规模发展，且在产乳酸过程中的有机碳转化率低，易生成二氧化碳而导致碳源损失。因此需要研究高效产乳酸菌，提高餐厨垃圾产乳酸效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一株高效产乳酸菌，分类命名为：屎肠球菌，拉丁名为enterococcus faecium，生物保藏号为cgmcc no.22226。

2、本发明的另一目的在于提供一种利用高效产乳酸菌进行餐厨垃圾产乳酸的方法，包括如下步骤：

3、(1)将含水率70％-90％的餐厨垃圾在75℃-95℃水浴下蒸煮60-120mi n后，送入三相分离器得到油相、固相和液相，去除油相后，将固相和液相在100-150rpm下搅拌混合30-90mi n，降温至55℃-70℃，得到混合物料；

4、(2)在步骤(1)制得的混合物料中加入糖化酶，糖化酶添加量为100-250u/g混合物料，100-150rpm下持续搅拌4-8h，再研磨0.5-1h后，经1-2mm的筛网过滤，得到糖化浆液，即为发酵底物；

5、(3)在步骤(2)制得的发酵底物中，按接种量5％-15％(v/v)接种产乳酸菌发酵种子液，控制发酵温度35℃-45℃、ph值5.5-7.2、不灭菌条件下、厌氧发酵2-5天，即得含有乳酸的发酵液。

6、本发明优选的技术方案中，所述步骤(3)中，发酵过程中，不添加外源营养物质。

7、本发明优选的技术方案中，所述步骤(3)中，控制发酵ph值在6.0～6.8。

8、本发明优选的技术方案中，所述餐厨垃圾是指餐馆、饭店、单位食堂的饮食剩余物经过分拣、除杂、粉碎之后得到的垃圾。

9、本发明优选的技术方案中，用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、氨水中的任一种或其组合加入到发酵体系中，调节ph值。

10、本发明优选的技术方案中，所述产乳酸菌发酵种子液的制备方法为：(1)将在-80℃条件下甘油保存的菌种接入至含葡萄糖20-30g/l的mrs培养基中，厌氧条件下，在35℃-45℃下活化培养9-24h，得活化种子液；(2)将活化种子液按接种量5-10％(v/v)接入至新的含葡萄糖20-30g/l的mrs培养基中，厌氧条件下，在35℃-45℃下扩大培养8-12h后，即得发酵种子液。

11、本发明优选的技术方案中，所述产乳酸菌为屎肠球菌，拉丁名为enterococcusfaecium，生物保藏号为cgmcc no.22226。

12、本发明优选的技术方案中，所述mrs培养基为：每升去离子水中加入蛋白胨10.0g，牛肉膏8.0g，酵母粉4.0g，葡萄糖20.0-30.0g，三水合乙酸钠5.0g，柠檬酸三铵2.0g，tween80 1.0ml，k2hpo4 2.0g，mgso4·7h2o 0.2g，mnso4·h2o0.05g，ph 7.0。

13、本发明优选的技术方案中，所使用糖化酶为商购。

14、本发明优选的技术方案中，步骤(2)的ph值维持在糖化酶的最适ph范围内,优选为4-6。

15、本发明优选的技术方案中，所述发酵液中乳酸终浓度大于110g/l，优选大于120g/l。

16、本发明优选的技术方案中，所述发酵液中乳酸最高生产速率大于5g/(l·h)，优选大于6g/(l·h)。

17、本发明优选的技术方案中，所述发酵液中可发酵糖乳酸转化率大于85％，优选大于90％。

18、本发明优选的技术方案中，所述发酵液中发酵副产物乙酸浓度小于10g/l，优选小于7g/l。

19、本发明优选的技术方案中，所述发酵液中发酵副产物乙醇浓度小于10g/l，优选小于7g/l。

20、本发明优选的技术方案中，所述发酵过程中，二氧化碳产气量小于10ml/100g餐厨垃圾，优选小于5ml/100g餐厨垃圾。

21、除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。

22、除非有特殊说明，本发明采用如下方法进行检测：

23、(1)乳酸、乙酸、乙醇浓度的测试方法：待测样品在14000r/min高速离心机中离心5min，上清液过0.22μm滤膜后进入液相色谱。利用岛津液相色谱lc-20a装备shodex sugarsh1011液相色谱柱(8.0mm×300mm)分离样品，然后进入rid检测器检测。色谱条件为：柱温60℃；流动相5mmh2so4；流速1.0ml/min；进样体积10μl。

24、(2)总糖浓度的测试方法：待测样品在12000rpm/min下离心10min，取上清液，蒸馏水将上清液稀释适当倍数。取1ml稀释样品和2ml dns试剂放入25ml具塞试管中混匀，沸水浴10min，冰水冷却后蒸馏水补足到25ml。在550nm波长下测定吸光值，得到的吸光值带入到标准曲线中计算样品总糖浓度。

25、(3)二氧化碳产气量测试方法：发酵过程中产气量采用微量气体测试仪(mgc-1,ritter,germany)进行测定。二氧化碳组分含量分析利用岛津气相色谱gc2010plus搭载shincarbon st micropacked column(19043；1.00m×0.53mm,80-100mesh；restek；pa,usa)色谱柱，通过tcd检测器进行测试。采用氩气为载气，柱温箱、检测器以及进样气化室温度分别为190℃、200℃和190℃。

26、(4)可发酵糖乳酸转化率＝发酵液中乳酸终浓度/发酵底物中初始总糖浓度×100％。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、1.本发明提供一种高效产乳酸菌屎肠球菌enterococcus faecium(cgmccno.22226)，耐受发酵底物的高糖浓度、耐受发酵液中的高乳酸浓度，可有效避免发酵过程中的高浓度底物和产物对微生物生长的抑制，适用于高糖浓度的餐厨垃圾发酵底物进行高浓度乳酸发酵生产，同时可实现餐厨垃圾底物碳源的高效定向生物转化，提高乳酸产率和有机碳转化率。

29、2.本发明利用高效产乳酸菌进行餐厨垃圾产乳酸，与传统的餐厨垃圾开放式发酵相比，具有发酵时间短、乳酸生产速率高、可发酵糖乳酸转化率高、乳酸终浓度高、副产物低、二氧化碳减排90％以上等优点。

30、本发明所用的产乳酸菌为屎肠球菌enterococcus faecium(cgmccno.22226)，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市产阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2021年4月22日。