CN105567567A - 一种甘蔗渣培养基及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种甘蔗渣培养基，按质量百分比计算，其包括25％-35％的五碳糖、15％-20％的蛋白胨、8％-10％的硫酸镁、2％-4％的轻质碳酸钙、5％-8％的生物素、1％-3％的柠檬酸钠，其余为水。本发明制备的甘蔗渣培养基，工艺简单，环境友好，成本低且实现甘蔗渣中半纤维素、纤维素的彻底分离，利用率高。从而解决了甘蔗渣综合利用的难题。

Description

一种甘蔗渣培养基及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物利用领域，特别涉及一种甘蔗渣培养基及其制备方法。
背景技术
甘蔗渣是甘蔗经机械压榨、浸提后所得的部分，是甘蔗制糖工业的残渣副产物。据不完全统计，我国甘蔗渣年总产量达到700万吨以上。如此大量的蔗渣如何处理和有效利用是一个不可忽视的社会和环境问题。
甘蔗渣虽富含丰富的纤维素、半纤维素、木质素，但这三种组分之间通过化学键及氢键形成复杂的超分子结构，难于分离利用，因此目前除用于造纸之外，主要的处理方法是焚烧和作为饲料的原材料，一方面利用效率很低，造成资源浪费，另一方面形成严重的环境污染。如何开发一种无污染、对甘蔗渣利用率高的工艺方法意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甘蔗渣培养基及其制备方法，实现甘蔗渣中难分离、降解的纤维素、半纤维素、木质素到可被生物体直接吸收利用的五碳糖产品的高附加值转化，从而实现对甘蔗渣的有效再利用。
本发明提出一种甘蔗渣培养基，按质量百分比计算，其包括25％-35％的五碳糖、15％-20％的蛋白胨、8％-10％的硫酸镁、2％-4％的轻质碳酸钙、5％-8％的生物素、1％-3％的柠檬酸钠，其余为水。
优选地，按质量百分比计算，其包括30％的五碳糖、18％的蛋白胨、8％的硫酸镁、4％的轻质碳酸钙、5％的生物素、2％的柠檬酸钠，其余为水。
优选地，所述五碳糖为木糖、葡萄糖的混合物。
本发明还提出一种甘蔗渣培养基的制备方法，其包括如下步骤：
S10，取甘蔗渣置于汽爆罐中，加入质量分数为3～10％的NaOH溶液，封闭所述汽爆罐并通入蒸汽进行第一次汽爆分离，温度100～200℃、压力1.2～2MPa，时间40～60min，收集喷放出的物料进行压滤，收集上清液为第一清液，收集固体物质为第一固渣；
S20，取第一固渣置于汽爆罐中，加入质量分数为10～25％的NaOH溶液，封闭汽爆罐并通入蒸汽进行第二次汽爆分离；所述第二次汽爆分离温度为130～260℃、压力为1.5～2.5MPa、时间30～65min，收集喷放出的物料进行压滤，收集固体物质为第二固渣；
S30，取第一清液和第二固渣，调节PH为4.5—5.5，加热至40—50℃，加入半纤维素酶、纤维素酶反应25—30小时，过滤，干燥得到五碳糖。
S40，取步骤S30制备的五碳糖，按设定比例加入蛋白胨、硫酸镁、轻质碳酸钙、生物素、柠檬酸钠和水，混合均匀后高温灭菌制得甘蔗渣培养基。
优选地，步骤S30中所述第二固渣加入纤维素酶之前采用pH8.5～12的NaOH溶液清洗2—3次；所述第一清液加入半纤维素酶之前先与水混合，保持60-80℃并不断搅拌，然后离心分离，加入酒精至产生的沉淀物不再增加时，过滤并干燥滤渣。
本发明制备的甘蔗渣培养基，工艺简单，环境友好，成本低且实现甘蔗渣中半纤维素、纤维素的彻底分离，利用率高。从而解决了甘蔗渣综合利用的难题。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提出一种甘蔗渣培养基，按质量百分比计算，其包括25％-35％的五碳糖、15％-20％的蛋白胨、8％-10％的硫酸镁、2％-4％的轻质碳酸钙、5％-8％的生物素、1％-3％的柠檬酸钠，其余为水。
优选地，按质量百分比计算，其包括30％的五碳糖、18％的蛋白胨、8％的硫酸镁、4％的轻质碳酸钙、5％的生物素、2％的柠檬酸钠，其余为水。
具体地，本实施例中，所述五碳糖为木糖、葡萄糖的混合物。
葡萄糖和木糖作为碳源，支持生物体培养物的旺盛生长；蛋白胨主要提供氮源和维生素；硫酸镁提供镁元素，作为多种酶的活化剂，促进碳水化合物的新陈代谢、核酸的合成、磷酸盐的转化等；轻质碳酸钙提供生物体生长所需要的钙离子；生物素维持生物体自然生长、发育和组织机能健康必要的营养素。又称维生素H、辅酶R，是水溶性维生素，它是合成维生素C的必要物质，是脂肪和蛋白质正常代谢不可或缺的物质；柠檬酸钠是作为培养基稳定剂存在。
本发明还提出上述甘蔗渣培养基的制备方法，其包括以下步骤：
S10，取甘蔗渣置于汽爆罐中，加入质量分数为3～10％的NaOH溶液，封闭所述汽爆罐并通入蒸汽进行第一次汽爆分离，温度100～200℃、压力1.2～2MPa，时间40～60min，收集喷放出的物料进行压滤，收集上清液为第一清液，收集固体物质为第一固渣；
需要说明的是，此步骤中，上清液主要成分为半纤维素粗液。此步骤原理为：甘蔗渣中富含纤维素、半纤维素和木质素。前两者极容易被纤维素酶、半纤维素酶的作用降解成葡萄糖、木糖。但木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质，不溶于水，且难以降解；且其—C—C—键、—O—键纵横交联，侧链与半纤维素以共价键结合，形成致密的网络结构——木质素鞘包埋纤维素和半纤维素，因而使纤维素酶和半纤维素酶不易与纤维素和半纤维素接触，结果导致甘蔗渣也难以被直接降解。采用蒸汽爆破——汽爆罐对甘蔗渣进行处理，就可以破坏木质素对纤维素和半纤维素的包埋；同时，蒸汽爆破的压力和温度可以灭菌。
S20，取第一固渣置于汽爆罐中，加入质量分数为10～25％的NaOH溶液，封闭汽爆罐并通入蒸汽进行第二次汽爆分离；所述第二次汽爆分离温度为130～260℃、压力为1.5～2.5MPa、时间30～65min，收集喷放出的物料进行压滤，收集固体物质为第二固渣；
此步骤中，所得第二固渣的主要成分为粗纤维素。压滤所得清液为第二清液，主要成分为木质素粗液，且往第二清液中加入盐酸、硫酸、有机酸或聚合硫酸铁、聚合氯化铝等絮凝剂，过滤可得到纯化的木质素。
S30，取第一清液和第二固渣，调节PH为4.5—5.5，加热至40—50℃，加入半纤维素酶、纤维素酶反应25—30小时，过滤，干燥得到五碳糖，其主要成分为木糖、葡萄糖的混合物；
优选地，酶解反应前，半纤维素进行水洗和纯化：将第一清液与水混合，保持60-80℃并不断搅拌，然后离心分离，加入酒精至产生的沉淀物不再增加时，过滤，滤渣干燥即得纯化的半纤维素。第二固渣进行纯化：采用pH8.5～12的NaOH溶液清洗至少两次，得纯化的纤维素。
进行水洗的原理是：蒸汽爆破的高温高压使含纤维素的原料产生诸如糠醛、呋喃之类的抑制物，从而降低酶的活力和产酶微生物的活性。抑制物易溶解在水中，从而通过水洗、离心将其从第一清液中除去。
S40，取步骤S30制备的五碳糖(木糖、葡萄糖混合物)，按设定比例加入蛋白胨、硫酸镁、轻质碳酸钙、生物素、柠檬酸钠和水，混合均匀后高温灭菌制得甘蔗渣培养基；
上述甘蔗渣培养基，按质量百分比计算，五碳糖含量为25％-35％、蛋白胨含量为15％-20％、硫酸镁含量为8％-10％、轻质碳酸钙含量为2％-4％、生物素含量为5％-8％、柠檬酸钠含量为1％-3％，其余为水。
为了更为具体地说明本发明泡制虫草参的方法，请结合下面的几个具体实施例进行理解。
实施例1
S10，取甘蔗渣置于汽爆罐中，加入质量分数为8％的NaOH溶液，封闭所述汽爆罐并通入蒸汽进行第一次汽爆分离，温度120℃、压力1.2MPa，时间45min，收集喷放出的物料进行压滤，收集上清液为第一清液，收集固体物质为第一固渣；
S20，取第一固渣置于汽爆罐中，加入质量分数为10％的NaOH溶液，封闭汽爆罐并通入蒸汽进行第二次汽爆分离；所述第二次汽爆分离温度为200℃、压力为1.5MPa、时间30min，收集喷放出的物料进行压滤，收集固体物质为第二固渣；
S30，取第一清液和第二固渣，调节PH为4.5，加热至45℃，加入半纤维素酶、纤维素酶反应25小时，过滤，干燥得到五碳糖。
S40，取步骤S30制备的五碳糖300g，加入蛋白胨180g、硫酸镁80g、轻质碳酸钙40g、生物素50g、柠檬酸钠20g和水330g，混合均匀后高温灭菌制得甘蔗渣培养基。
实施例2
S10，取甘蔗渣置于汽爆罐中，加入质量分数为3％的NaOH溶液，封闭所述汽爆罐并通入蒸汽进行第一次汽爆分离，温度180℃、压力2MPa，时间60min，收集喷放出的物料进行压滤，收集上清液为第一清液，收集固体物质为第一固渣；
S20，取第一固渣置于汽爆罐中，加入质量分数为25％的NaOH溶液，封闭汽爆罐并通入蒸汽进行第二次汽爆分离；所述第二次汽爆分离温度为130℃、压力为2MPa、时间45min，收集喷放出的物料进行压滤，收集固体物质为第二固渣；
S30，取第一清液和第二固渣，调节PH为5，加热至40℃，加入半纤维素酶、纤维素酶反应28小时，过滤，干燥得到五碳糖。
S40，取步骤S30制备的五碳糖250g，加入蛋白胨150g、硫酸镁90g、轻质碳酸钙20g、生物素60g、柠檬酸钠30g和水400g，混合均匀后高温灭菌制得甘蔗渣培养基。
实施例3：
S10，取甘蔗渣置于汽爆罐中，加入质量分数为10％的NaOH溶液，封闭所述汽爆罐并通入蒸汽进行第一次汽爆分离，温度200℃、压力1.5MPa，时间40min，收集喷放出的物料进行压滤，收集上清液为第一清液，收集固体物质为第一固渣；
S20，取第一固渣置于汽爆罐中，加入质量分数为18％的NaOH溶液，封闭汽爆罐并通入蒸汽进行第二次汽爆分离；所述第二次汽爆分离温度为260℃、压力为2.5MPa、时间65min，收集喷放出的物料进行压滤，收集固体物质为第二固渣；
S30，取第一清液和第二固渣，调节PH为5.5，加热至50℃，加入半纤维素酶、纤维素酶反应30小时，过滤，干燥得到五碳糖。
S40，取步骤S30制备的五碳糖350g，加入蛋白胨200g、硫酸镁100g、轻质碳酸钙30g、生物素80g、柠檬酸钠10g和水230g，混合均匀后高温灭菌制得甘蔗渣培养基。
本发明通过对甘蔗渣蒸汽爆破处理，将半纤维素首先分离出来，然后对提取半纤维素后的剩余料再次蒸汽爆破处理，实现纤维素和木质素的分离，再经过酶工艺处理分别得到葡萄糖、木糖，进而制备培养基。工艺简单，环境友好，成本低且半纤维素、纤维素分离彻底，利用率高。实现甘蔗渣全元素、高附加值的利用，从而解决了甘蔗渣综合利用的难题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种甘蔗渣培养基，其特征在于，按质量百分比计算，其包括25％-35％的五碳糖、15％-20％的蛋白胨、8％-10％的硫酸镁、2％-4％的轻质碳酸钙、5％-8％的生物素、1％-3％的柠檬酸钠，其余为水。
2.如权利要求1所述的甘蔗渣培养基，其特征在于，按质量百分比计算，其包括30％的五碳糖、18％的蛋白胨、8％的硫酸镁、4％的轻质碳酸钙、5％的生物素、2％的柠檬酸钠，其余为水。
3.如权利要求1或2所述的甘蔗渣培养基，其特征在于，所述五碳糖为木糖、葡萄糖的混合物。
4.一种甘蔗渣培养基的制备方法，用于制备上述权利要求1至3中任一项所述的甘蔗渣培养基，其特征在于，其包括：
S10，取甘蔗渣置于汽爆罐中，加入质量分数为3～10％的NaOH溶液，封闭所述汽爆罐并通入蒸汽进行第一次汽爆分离，温度100～200℃、压力1.2～2MPa，时间40～60min，收集喷放出的物料进行压滤，收集上清液为第一清液，收集固体物质为第一固渣；
S20，取第一固渣置于汽爆罐中，加入质量分数为10～25％的NaOH溶液，封闭汽爆罐并通入蒸汽进行第二次汽爆分离；所述第二次汽爆分离温度为130～260℃、压力为1.5～2.5MPa、时间30～65min，收集喷放出的物料进行压滤，收集固体物质为第二固渣；
S30，取第一清液和第二固渣，调节PH为4.5—5.5，加热至40—50℃，加入半纤维素酶、纤维素酶反应25—30小时，过滤，干燥得到五碳糖。
S40，取步骤S30制备的五碳糖，按设定比例加入蛋白胨、硫酸镁、轻质碳酸钙、生物素、柠檬酸钠和水，混合均匀后高温灭菌制得甘蔗渣培养基。
5.如权利要求4所述的甘蔗渣培养基的制备方法，其特征在于，步骤S30中所述第二固渣加入纤维素酶之前采用pH8.5～12的NaOH溶液清洗2—3次；所述第一清液加入半纤维素酶之前先与水混合，保持60-80℃并不断搅拌，然后离心分离，加入酒精至产生的沉淀物不再增加时，过滤并干燥滤渣。
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