一種由甘蔗渣生產(chǎn)乳酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種由甘蔗渣生產(chǎn)乳酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]甘蔗渣是制糖工業(yè)的副產(chǎn)品，是通過不同方法將糖汁提取后剩余的纖維性殘?jiān)浣M成以纖維素(43.6%)、半纖維素(21.5%)和木質(zhì)素(26.4%)為主，含有少量蛋白質(zhì)，淀粉和可溶性糖較少。與其他纖維原料相比，甘蔗渣具有來源集中、產(chǎn)量大、收集簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便，較高的全纖維素含量，性質(zhì)均一等特點(diǎn)，且物理和化學(xué)組成均適合用作生物轉(zhuǎn)化的原料。甘蔗渣原料含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，當(dāng)采用纖維素酶水解制備單糖時(shí)，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應(yīng)進(jìn)行，因此，纖維素對(duì)纖維素酶的可及性是決定水解速度的關(guān)鍵因素。纖維素的結(jié)晶區(qū)、表面狀態(tài)、多組分結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素對(duì)纖維素的保護(hù)作用以及纖維素被半纖維素覆蓋等結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的因素致使甘蔗渣原料難以降解，總的來講，未經(jīng)預(yù)處理的天然狀態(tài)甘蔗渣的酶解率小于20%。因此，必須對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素進(jìn)行分離，打破纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高纖維素對(duì)酶的可及性，使纖維素酶滲透進(jìn)入纖維素，從而有效地酶解纖維素，為甘蔗渣高效生物轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。
[0003]乳酸是一種天然存在的有機(jī)酸，廣泛存在于人體、動(dòng)物、植物和微生物中。乳酸的工業(yè)化生產(chǎn)主要采用發(fā)酵法為主。乳酸在食品行業(yè)可用作防腐保鮮劑，軟飲料和和乳制品酸味劑；乳酸在醫(yī)藥行業(yè)用作乳酸蒸氣消毒劑，還廣泛用作醫(yī)藥工業(yè)的防腐劑、載體劑、助溶劑、藥物制劑等，聚乳酸可以抽成絲紡成線作為生物相容性手術(shù)縫線；乳酸也可用作許多護(hù)膚品的滋潤劑，各種護(hù)發(fā)產(chǎn)品的PH調(diào)節(jié)劑，各種浴洗用品的保濕劑等；此外，乳酸在生物降解材料、紡織行業(yè)、微電子工業(yè)和農(nóng)業(yè)中都有著應(yīng)用。傳統(tǒng)乳酸發(fā)酵所用的主要原料是淀粉類，成本較高，而且大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)會(huì)消耗大量糧食，加劇糧食與飼料資源的緊張狀況。而以甘蔗渣為原料生產(chǎn)乳酸，不僅能大大拓展其生產(chǎn)原料的來源、降低原料成本，而且對(duì)解決糧食危機(jī)和減少環(huán)境污染有積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是以甘蔗渣為原料生產(chǎn)乳酸，提高纖維素酶水解纖維素半纖維素的轉(zhuǎn)化率，提高甘蔗渣資源組分的利用率，并降低生產(chǎn)成本，從而提供一種由甘蔗渣生產(chǎn)乳酸的方法。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種由甘蔗渣生產(chǎn)乳酸的方法，該方法包括步驟:
[0008]步驟一:粉碎過濾甘蔗渣:向甘蔗渣中加水，加入量為水與甘蔗渣質(zhì)量比2:1，粉碎，過20目篩；
[0009]步驟二:綠液-乙醇耦合預(yù)處理:將粉碎后的甘蔗渣加入反應(yīng)器中，加入乙醇和水調(diào)節(jié)物料濃度至甘蔗渣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%，其中乙醇與水比例為1:1，按0.5?1.5ml/g底物的量進(jìn)一步加入綠液；加熱至140?145°C，反應(yīng)2-4h進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理后進(jìn)行過濾，得到固體濾渣，備用；
[0010]步驟三:同步糖化發(fā)酵:向發(fā)酵體系中加入所述固體濾渣至其質(zhì)量濃度為5%，加入茶籽餅柏，加入量為5g/L ;調(diào)節(jié)體系pH至5.0，滅菌；加入纖維素酶，加入量為14FPU/g纖維素；加入纖維二糖酶，加入量為21CBU/g纖維素；加入乳酸菌株，乳酸菌加入量為3?5g/L，進(jìn)行同步糖化發(fā)酵，反應(yīng)溫度45°C，pH值4.8-5.0，反應(yīng)時(shí)間72_96h，生產(chǎn)出乳酸。
[0011]優(yōu)選地，所述甘蔗渣含水量45-55%。
[0012]優(yōu)選地，所述的綠液含有:碳酸鈉為75.2g/L，氫氧化鈉為23.0g/L，鐵離子1.14g/L，鈣離子 0.39g/L，ρΗ13.3。
[0013]優(yōu)選地，在步驟二中，將過濾濾液經(jīng)酸沉分離木質(zhì)素，然后濃縮回收乙醇，將剩余物燃燒回收熱能和綠液。
[0014]優(yōu)選地，所述的乳酸菌株為嗜熱型菌株。
[0015]更優(yōu)選地，所述的嗜熱型菌株為嗜熱乳桿菌、嗜熱鏈球菌、凝結(jié)芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌的一種或幾種。(所述的嗜熱型菌株均為已知的常見菌株，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過市售方式獲得)
[0016](三)有益效果
[0017]甘蔗渣是制糖工業(yè)的固體廢棄物，資源量大、價(jià)格低廉，甘蔗渣中含有豐富的纖維素和半纖維素，并含有一定量的蛋白質(zhì)，是制備乳酸的優(yōu)選纖維素原料之一，本發(fā)明提供了一個(gè)甘蔗渣利用的方法。綠液-乙醇耦合預(yù)處理，可提高纖維素酶水解效率，且在預(yù)處理過程纖維素?fù)p失較低，化學(xué)品消耗量低。綠液-乙醇耦合預(yù)處理，在降低木質(zhì)素對(duì)后續(xù)生物轉(zhuǎn)化影響的同時(shí)，回收得到活性較高的有機(jī)溶劑木質(zhì)素，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)處理過程加入制漿造紙工廠的綠液，提高了纖維素生物轉(zhuǎn)化效率，既降低了化學(xué)品使用成本，又可提高制漿造紙企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)處理過程使用的乙醇大部分得到循環(huán)使用，少量殘留于固體殘?jiān)幸掖伎杀蝗樗峋D(zhuǎn)化為乳酸。通過綠液-乙醇處理甘蔗渣時(shí)，不額外添加半纖維素酶，使甘蔗渣半纖維素轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上。乳酸菌可同時(shí)高效利用甘蔗渣中的五碳糖和六碳糖，在大幅度提高甘蔗渣原料利用率的同時(shí)，也提高了發(fā)酵液中產(chǎn)品濃度，降低了后續(xù)產(chǎn)品分離成本。發(fā)酵體系中加入茶籽餅柏，茶皂素作為表面活性劑可降低纖維素酶無效吸附，提高酶解效率，茶籽蛋白可以補(bǔ)充乳酸菌對(duì)氮源的需求。加入綠液進(jìn)行預(yù)處理，在回收有機(jī)溶劑木質(zhì)素和乙醇后，通過燃燒回收綠液和熱能，減少廢液排放帶來的環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0021]本發(fā)明中所述的發(fā)酵體系是本領(lǐng)域常規(guī)用語，通常包含反應(yīng)底物、培養(yǎng)基、營養(yǎng)源、試劑等，本發(fā)明中不做特別限定。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例提供了一種由甘蔗渣生產(chǎn)乳酸的方法，具體為:
[0024]甘蔗渣加水盤磨粉碎，工業(yè)振動(dòng)篩篩分過20目篩。預(yù)處理過程在耐壓反應(yīng)釜中進(jìn)行，甘蔗渣質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% (w/v)，在145°C下加熱反應(yīng)3h。乙醇:水為:1:1 (V/V)，綠液(碳酸鈉為75.2g/L，氫氧化鈉為23.0g/L，鐵離子1.14g/L，鈣離子0.39g/L，pH13.3。取自山東某造紙廠)用量為:1.5ml/(g底物)。預(yù)處理后進(jìn)行過濾，濾液經(jīng)酸沉分離木質(zhì)素后濃縮回收乙醇，剩余物燃燒回收熱能和綠液。固體濾渣則直接進(jìn)入同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乳酸。I升發(fā)酵體系中加入預(yù)處理甘蔗渣50g和茶籽餅柏5g，用10% NaOH或10% H2SO4S液調(diào)節(jié)體系pH至5.0，滅菌。纖維素酶加入量14FPU/g-纖維素，纖維二糖酶加入量21CBU/g-纖維素，加入嗜熱乳桿菌4.0g，控制反應(yīng)pH值4.8，反應(yīng)溫度45°C，同步糖化發(fā)酵