CN108588135A - 一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法 - Google Patents

一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法。该方法包括如下步骤：将混合水解酶加入到餐厨垃圾培养基中水解，将种子液接种到水解后的餐厨垃圾培养基中，再加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，厌氧或微氧发酵，同时流加经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，控制发酵体系中粗甘油浓度在10～80g/L，pH在5.0～8.0，发酵过程中测定甘油和乳酸的含量，发酵后得到的发酵液过滤即得乳酸液。本发明获得了一种成本更低、原料来源更广泛的乳酸发酵新途径，具有良好的经济效益和环境效益，这些拓宽了乳酸发酵生产原料的选择范围，为餐厨垃圾、废甘油等废弃物的资源化利用提供了新的途径。

Description

一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产 乳酸的方法
技术领域：
本发明属于乳酸发酵技术领域，具体涉及一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法。
背景技术：
乳酸(lactic acid)即2-羟基丙酸，自1780年瑞典化学家席勒(Scheele)从酸乳中发现以来，已经成为世界上公认的三大有机酸之一。乳酸及其衍生物作为重要的化工原料，已广泛应用于食品、制药、纺织、皮革以及其它化工行业。近年来，由于“白色污染”日益的严重，可生物降解材料也越来越受到人们的青睐。聚乳酸制品就是其中一种研究较多、性能较好的生物降解性塑料，其制品在农业、生活领域、服装和医疗行业等方面都有广阔的应用前景。聚乳酸制品废弃后能在土壤或水中被微生物分解成二氧化碳和水，因而是一种可生物降解性塑料，不会对环境产生污染。2015年中国聚乳酸市场消费量约为3万，每年以20％～30％的速率增长，2020年聚乳酸全球市场预计可超过30～50万吨。近年来随着聚乳酸材料技术的创新突破以及高光纯L型聚乳酸及D型聚乳酸的工业化等，提高了聚乳酸的力学、耐热及耐久性能，促进了其在高性能、高附加值材料等领域的应用拓展。
乳酸的传统生产方法有化学法、酶法及微生物发酵法。微生物法因其具有原料来源广泛、生产成本较低、产品光学纯度高、安全可靠性好等优点，是目前国内外生产乳酸的主要方法。迄今为止，国内外90％的乳酸是利用微生物发酵，主要集中在以粮食作物(如大麦，淀粉，玉米，土豆等)的水解糖为原料生产乳酸，成本较高，而且大规模工业化生产乳酸作为聚乳酸合成原料会大量消耗粮食，加剧粮食与饲料资源的紧张状况。
餐厨垃圾是指家庭、学校、机关公共食堂以及餐饮行业食物废料和食物残余垃圾。中国餐厨垃圾年产生量约为0.3亿吨，占城市有机垃圾总量的37％～55％。伴随着我国现代化水平逐渐提高，城市餐厨垃圾产量也在不断增长。根据统计，我国正以年平均8％～10％的速度递增。餐厨垃圾主要包括剩菜、剩饭、菜叶、菜根、动植物油等，这些物质中含有水分、还原糖、淀粉、粗脂肪、粗纤维、蛋白质等成分，可为微生物提供丰富的碳源、氮源，利用餐厨垃圾发酵生产乳酸不但可以消除其污染而且是实现资源化的有效途径。专利201110425458.8公开了利用餐厨垃圾，在30℃～37℃下封闭发酵48～84小时乳酸含量最高达到20g/L，经换算，每100g餐厨垃圾能够产生15g乳酸。
目前，我国生物柴油年产能已达到300～350万吨，甘油是生物柴油生产过程中伴生的副产物，每生产1吨的生物柴油约可以得到0.1吨的副产品粗甘油。随着生物柴油产量的不断提高，甘油的产量非常可观。我国每年约有30万吨的粗甘油产生。中国产业信息网发布的《2015～2020年中国生物柴油市场运营态势及投资战略研究报告》指出：2014年全球生物柴油产量为2562万吨，德国汉堡的行业刊物《油世界》称，全球2015年生物柴油产量达到2910万吨。这当中约300万吨的副产物废甘油将产生，这远大于传统的甘油市场规模，利用甘油转化生产一系列化学品以及化学中间品，如发酵产乳酸，此举可以废弃物资源化利用，提升废甘油高附加值，延伸生物柴油的产业链。乳酸发酵过程中，发酵液的pH值会随着乳酸的生成而降低，传统的做法是加入氢氧化钙或者碳酸钙来中和乳酸，维持最佳pH值发酵条件，如专利01109905.4、200810102824.4等。
发明内容：
本发明的目的是提供一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，本发明针对现有的微生物发酵产乳酸原料来源狭窄，发酵过程酸化产乳酸率不高，餐厨垃圾和废甘油高附加值资源化利用迫在眉睫的情况下，利用餐厨垃圾与生物柴油副产物粗甘油联合发酵产乳酸方法。
本发明的目的是提供了一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，包括如下步骤：将混合水解酶液加入到餐厨垃圾培养基中水解，将种子液接种到水解后的餐厨垃圾培养基中，再加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，进行厌氧或微氧发酵，在发酵过程中同时流加经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，控制发酵体系中粗甘油浓度和pH，发酵过程中测定粗甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤即得乳酸液。
上述生产乳酸的方法，其具体步骤如下：将混合水解酶液加入到餐厨垃圾培养基中，35℃～55℃水解12～24h，将种子液与餐厨垃圾培养基以体积比6％～10％的比例接种到水解后的餐厨垃圾培养基中，再加入与餐厨垃圾培养基质量比为0.1的经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，33℃～55℃厌氧或微氧发酵，在发酵过程中通入0～0.2vvm空气，搅拌速度为150r/min，同时流加经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，控制发酵体系中粗甘油浓度在10～80g/L，pH在5.0～8.0，发酵过程中测定甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤即得乳酸液；
其中：混合水解酶液与餐厨垃圾培养基的质量比为0.06～0.1，种子液的菌种选自植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌和嗜淀粉乳杆菌中的一种以上。
本发明利用混合水解酶将餐厨垃圾这非常规的糖质和氮源转化为可溶性糖和可供微生物利用的氮源；将经生物质吸附压滤初步预处理的废油脂生物柴油副产物粗甘油为微生物提供碳源同时充当pH值调节剂。
优选，所述的餐厨垃圾培养基通过如下步骤制备得到：餐厨垃圾经分选挑出无机物组分，剩余餐厨垃圾粉碎匀浆后，按餐厨垃圾与水的质量比为1:1加入水，按餐厨垃圾和水的总量为200mL计，依次加入下列组分：K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO4 8.0g/L，MgSO4.7H2O 0.2g/L，消泡剂0.1mL，121℃灭菌30min，制得餐厨垃圾培养基。
优选，所述的混合水解酶包括糖化酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶和果胶酶的两种以上。所述的糖化酶的酶活力为100～160U/g，纤维素酶的酶活力为50～100U/g，淀粉酶的酶活力为100～160U/g，脂肪酶的酶活力为50～100U/g，蛋白酶的酶活力为10～50U/g，果胶酶的酶活力为10～50U/g。
优选，所述的种子液是通过以下方法获得的：将4℃保藏的菌种按体积比为3％的接种量转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，静置活化10h得活化后的菌液，所述的活化后的菌液再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，35℃摇床振荡培养24h，摇床转速为150r/min，获得种子液，所述的种子培养基配方为：每升含有餐厨垃圾20g，经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油20g，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
进一步优选，所述的经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油的处理步骤是：将废油脂生物柴油粗甘油经生物质50℃～65℃吸附24h后压滤，得到经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，所述的废油脂生物柴油粗甘油与生物质的质量比为0.05～0.1。所述的生物质目数小于等于40目，所述的生物质选自甘蔗渣、花生壳、玉米芯、秸秆、桉木、杨树和马尾松中的一种以上。生物质的含水率小于等于8％。
植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)GIM1.648，保藏于广东省微生物保藏中心，其保藏编号为GIM1.648，其是对社会公众开放购买的。
大肠杆菌(Escherichia coli)CMCC44102，保藏于广东省微生物保藏中心，其保藏编号为CMCC44102，其是对社会公众开放购买的。
克雷伯氏杆菌(Klebsiella peneumoniae)bio-14921，保藏于中国微生物菌种查询网，其保藏编号为bio-14921，其是对社会公众开放购买的。
嗜酸乳杆菌(Bacillus acidophilus)(GIM1.731)，保藏于广东省微生物保藏中心，其保藏编号为GIM1.731，其是对社会公众开放购买的。
德氏乳杆菌(Lactobacillus delbruckii)(GIM1.155)，保藏于广东省微生物保藏中心，其保藏编号为GIM1.155，其是对社会公众开放购买的。
嗜淀粉乳杆菌(Lactobacillus amylophilus)CGMCC1.3394，保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心，其保藏编号为CGMCC1.3394，其是对社会公众开放购买的。
除非另有说明，本发明涉及的名词定义具有与本领域技术人员通常理解相同的含义。
与现有的技术相比，本发明具有以下优点：本发明实现了城市餐厨垃圾及废油脂生物柴油粗甘油的全部资源化利用目的，利用餐厨垃圾及粗甘油替代常规发酵乳酸的粮食原料，充分利用餐厨垃圾的氮源、粗甘油的碳源及粗甘油的碱性调节，实现了餐厨垃圾与粗甘油联合发酵产乳酸及两废弃物的协同处置，获得了一种成本更低、原料来源更广泛的乳酸发酵新途径，具有良好的经济效益和环境效益，这些拓宽了乳酸发酵生产原料的选择范围，为餐厨垃圾、废甘油等废弃物的资源化利用提供了新的途径；同时本发明具有产酸率高、乳酸纯度好，更重要的是将餐厨垃圾及生物柴油生产过程中副产物甘油资源化利用，转化成高附加值的乳酸，利用两者的协同发酵相互调节可有效提高原料的利用率，降低生产成本。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
餐厨垃圾经分选挑出无机物组分，剩余餐厨垃圾粉碎匀浆待使用。废油脂生物柴油粗甘油经甘蔗渣(制糖企业，粉碎成40目使用)50℃～55℃吸附24h后，压滤后待使用，废油脂生物柴油粗甘油与生物质的质量比为0.05。每克混合水解酶液中包括：糖化酶100U，加入量0.002g，(规格50000U/g)；纤维素酶100U，加入量0.002g，(规格50000U/g)；淀粉酶100U，加入量0.02g，(规格5000U/g)；脂肪酶50U，加入量0.005g，(规格10000U/g)；蛋白酶50U，加入量0.001g，(规格50000U/g)；果胶酶10U，加入量0.001g，(规格10000U/g)；余量为无菌水。
MRS培养基配方为：将葡萄糖20g，蛋白胨10g，酵母粉5g，牛肉膏10g，乙酸钠5g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸氢二铵2g，吐温80 1mL，MgSO4.7H2O 0.58g，MnSO4.H2O 0.25g加入到去离子水中，再定容至1000mL，调pH 6.2，0.1Mpa，121℃灭菌15min。
种子培养基配方为：每升含有餐厨垃圾20g，经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油20g(初步处理后的粗甘油含量70.0％)，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
将4℃保藏的6种菌种分别为：植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌各按体积比为3％的接种量全部转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，37℃静置活化10h得活化好的菌液，然后将活化好的菌液按体积比6％的接种量再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，接种后在恒温摇床中，35℃转速150r/min，扩增24h获得种子液。
取经过上述处理的餐厨垃圾100g，按餐厨垃圾与水的质量比为1:1加入水，按餐厨垃圾和水的混合物装液量200mL计，加入下列组分：K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO4 8.0g/L，MgSO4.7H2O 0.2g/L，聚醚消泡剂DF103 0.1mL，121℃灭菌30min，得到餐厨垃圾培养基。按餐厨垃圾培养基与混合水解酶液的质量比为100:6加入混合水解酶液，在55℃恒温振荡培养箱中150r/min，保持12h，加入无菌水100mL调节糖浓度，得到预先糖化的餐厨垃圾培养基。
将预先糖化的餐厨垃圾培养基装入机械搅拌发酵罐，初始加入0.1Mpa，121℃维持15min灭菌的粗甘油10g，同时，按种子液与餐厨垃圾培养基以体积比6％的比例接种到餐厨垃圾培养基中，培养温度37℃，在发酵的过程中在线采用流加粗甘油的方式使发酵液中的pH值控制在6.5，控制发酵液中甘油浓度不低于20g/L，通入0.2vvm空气微氧发酵，机械搅拌转速150rpm，发酵72h，发酵过程中测定甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤、固液分离、浓缩即得乳酸液。
发酵完毕，粗甘油消耗总量为80g，过滤除去固体残渣，发酵液中乳酸浓度119.2g/L。乳酸质量得率0.82，生产强度1.66g/(L.h)。餐厨垃圾利用率88.2％(湿基含水率68％)，粗甘油转化率91％。
对比例1：
餐厨垃圾经分选挑出无机物组分，剩余餐厨垃圾粉碎匀浆待使用。每克混合水解酶液中包括：糖化酶100U，加入量0.002g，(规格50000U/g)；纤维素酶100U，加入量0.002g，(规格50000U/g)；淀粉酶100U，加入量0.02g，(规格5000U/g)；脂肪酶50U，加入量0.005g，(规格10000U/g)；蛋白酶50U，加入量0.001g，(规格50000U/g)；果胶酶10U，加入量0.001g，(规格10000U/g)；余量为无菌水。
MRS培养基配方为：将葡萄糖20g，蛋白胨10g，酵母粉5g，牛肉膏10g，乙酸钠5g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸氢二铵2g，吐温80 1mL，MgSO4.7H2O 0.58g，MnSO4.H2O 0.25g加入到去离子水中，再定容至1000mL，调pH 6.2，0.1Mpa，121℃灭菌15min。
种子培养基配方为：每升含有餐厨垃圾20g，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
将4℃保藏的6种菌种分别为：植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌各按体积比为3％的接种量全部转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，37℃静置活化10h得活化好的菌液。然后将活化好的菌液按体积比6％的接种量再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，接种后在恒温摇床中，35℃转速150r/min，扩增24h获得种子液。
取经过上述处理的餐厨垃圾100g，按餐厨垃圾与水的质量比为1:1加入水，按餐厨垃圾和水的混合物装液量200mL计，依次加入下列组分：K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO48.0g/L，MgSO4.7H2O 0.2g/L，聚醚消泡剂DF103 0.1mL，121℃灭菌30min,得到餐厨垃圾培养基。按餐厨垃圾培养基与混合水解酶液的质量比为100:6加入混合水解酶液，在55℃恒温振荡培养箱中150r/min，保持12h，加入无菌水100mL调节糖浓度，得到预先糖化的餐厨垃圾培养基。
将预先糖化的餐厨垃圾培养基装入机械搅拌发酵罐，初始加入0.1Mpa，121℃维持15min灭菌的粗甘油10g，同时，按种子液与餐厨垃圾培养基以体积比6％的比例接种到餐厨垃圾培养基中，培养温度37℃，在发酵的过程中采用加入灭菌CaCO3方式使发酵液中的pH值控制在6.5，控制发酵液中甘油浓度不低于20g/L，通入0.2vvm空气微氧发酵，机械搅拌转速150rpm，发酵72h，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤、固液分离、浓缩即得乳酸液。
发酵液中乳酸浓度40g/L。乳酸质量得率0.73，生产强度0.56g/(L.h)。餐厨垃圾利用率85.6％(湿基含水率68％)，每100g餐厨垃圾能够产生20g乳酸。
对比例2：
废油脂生物柴油粗甘油经甘蔗渣(来制糖企业，粉碎成40目使用)50℃～55℃吸附24h后，压滤后待使用，废油脂生物柴油粗甘油与生物质的质量比为20：1。MRS培养基配方为：将葡萄糖20g，蛋白胨10g，酵母粉5g，牛肉膏10g，乙酸钠5g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸氢二铵2g，吐温80 1mL，MgSO4.7H2O 0.58g，MnSO4.H2O 0.25g加入到去离子水中，再定容至1000mL，调pH 6.2，0.1Mpa，121℃灭菌15min。
种子培养基配方为：每升含经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油20g(初步处理后的粗甘油含量70.0％)，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
粗甘油发酵培养基配方为：每升含经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油30g(初步处理后的粗甘油含量70.0％)，K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO4 8.0g/L，MgSO4.7H2O0.2g/L，聚醚消泡剂DF103 0.1mL，121℃灭菌30min，得到预先灭菌的粗甘油发酵培养基。
将4℃保藏的6菌种分别为：植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌各按体积比为3％的接种量全部转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，37℃静置活化10h得活化好的菌液。然后将活化好的菌液按体积比6％的接种量再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，接种后在恒温摇床中，35℃转速150r/min，扩增24h获得种子液。
将预先灭菌的粗甘油发酵培养基装入机械搅拌发酵罐，同时，将种子液按6％接种量接入含30g/L粗甘油的初始发酵培养基中，培养温度37℃，在发酵的过程中在线采用流加0.1Mpa，121℃，维持15min灭菌粗甘油的方式使发酵液中的pH值控制在6.5，控制发酵液中甘油浓度不低于20g/L，使发酵结束最终加入的粗甘油为80g/L，通入0.2vvm空气微氧发酵，机械搅拌转速150rpm，发酵72h，发酵过程中测定甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤、固液分离、浓缩即得乳酸液。
发酵完毕，粗甘油消耗总量为80g，发酵液中乳酸浓度54g/L。乳酸质量得率0.63，生产强度0.75g/(L.h)，粗甘油转化率68％。
实施例2：
餐厨垃圾经分选挑出无机物组分，剩余餐厨垃圾粉碎匀浆待使用。废油脂生物柴油粗甘油经花生壳(粉碎成40目使用)55℃～60℃吸附24h后，压滤后待使用，废油脂生物柴油粗甘油与生物质的质量比为0.08。每克混合水解酶液中包括：糖化酶130U，加入量0.0026g，(规格50000U/g)；纤维素酶75U，加入量0.0015g，(规格50000U/g)；淀粉酶130U，加入量0.026g，(规格5000U/g)；脂肪酶75U，加入量0.0075g，(规格10000U/g)；蛋白酶30U，加入量0.0006g，(规格50000U/g)；果胶酶30U，加入量0.003g，(规格10000U/g)；余量为无菌水。
MRS培养基配方为：将葡萄糖20g，蛋白胨10g，酵母粉5g，牛肉膏10g，乙酸钠5g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸氢二铵2g，吐温80 1mL，MgSO4.7H2O 0.58g，MnSO4.H2O 0.25g加入到水中，再用蒸馏水定容至1000mL，调pH 6.2，121℃灭菌20min。
种子培养基配方为：每升含有餐厨垃圾20g，经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油20g(初步处理后的粗甘油含量70.0％)，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
将4℃保藏的6菌种分别为：植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌各按体积比为3％的接种量全部转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，静置活化10h得活化后的菌液。活化后的菌液再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，接种后在恒温摇床中，35℃转速150r/min，扩增24h获得种子液。
取经过上述处理的餐厨垃圾80g，按餐厨垃圾与水的质量比为1:1加入水，按餐厨垃圾和水的混合物装液量200mL计，加入下列组分：K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO4 8.0g/L，MgSO4.7H2O 0.2g/L，聚醚消泡剂DF103 0.1mL，121℃灭菌30min，得到餐厨垃圾培养基。按餐厨垃圾培养基与混合水解酶液的质量比为100:6加入混合水解酶液，在55℃恒温振荡培养箱中150r/min，保持12h，加入无菌水100mL调节糖浓度，得到预先糖化的餐厨垃圾培养基。
将预先糖化的餐厨垃圾培养基装入机械搅拌发酵罐，初始加入0.1Mpa，121℃维持15min灭菌的粗甘油10g，同时，按种子液与餐厨垃圾培养基以体积比8％的比例接种到餐厨垃圾培养基中，培养温度37℃，在发酵的过程中在线采用流加粗甘油的方式使发酵液中的pH值控制在6.5，控制发酵液中甘油浓度不低于20g/L，通入0.2vvm空气微氧发酵，机械搅拌转速150rpm，发酵72h，发酵过程中测定甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤、固液分离、浓缩即得乳酸液。
发酵完毕，粗甘油消耗总量为68g，过滤除去固体残渣，发酵液中乳酸浓度98g/L。乳酸质量得率0.79，生产强度1.36g/(L.h)。餐厨垃圾利用率72％(湿基含水率68％)，粗甘油转化率90％。
实施例3：
餐厨垃圾经分选挑出无机物组分，剩余餐厨垃圾粉碎匀浆待使用。废油脂生物柴油粗甘油经玉米芯和秸秆的混合物60℃～65℃吸附24h后，压滤后待使用，废油脂生物柴油粗甘油与生物质的质量比为0.1，玉米芯与秸秆的质量比为1:1。每克混合水解酶液中包括：糖化酶160U，纤维素酶100U，淀粉酶160U，脂肪酶100U，蛋白酶50U，果胶酶50U，余量为无菌水。
MRS培养基配方为：将葡萄糖20g，蛋白胨10g，酵母粉5g，牛肉膏10g，乙酸钠5g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸氢二铵2g，吐温80 1mL，MgSO4.7H2O 0.58g，MnSO4.H2O 0.25g加入到水中，再用蒸馏水定容至1000mL，调pH 6.2，121℃灭菌20min。
种子培养基配方为：每升含有餐厨垃圾20g，经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油20g(初步处理后的粗甘油含量70.0％)，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
将4℃保藏的菌种分别为：植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、嗜淀粉乳杆菌各按体积比为3％的接种量全部转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，静置活化10h得活化后的菌液。活化后的菌液再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，接种后在恒温摇床中，35℃转速150r/min，扩增24h获得种子液。
取经过上述处理的餐厨垃圾120g，按餐厨垃圾与水的质量比为1:1加入水，按餐厨垃圾和水的混合物装液量200mL计，加入下列组分：K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO4 8.0g/L，MgSO4.7H2O 0.2g/L，聚醚消泡剂DF103 0.1mL，121℃灭菌30min，得到餐厨垃圾培养基。按餐厨垃圾培养基与混合水解酶液的质量比为100:10加入混合水解酶液，在55℃恒温振荡培养箱中150r/min，保持12h，加入无菌水100mL调节糖浓度，得到预先糖化的餐厨垃圾培养基。
将预先糖化的餐厨垃圾培养基装入机械搅拌发酵罐，初始加入0.1Mpa，121℃维持15min灭菌的粗甘油10g，同时，按种子液与餐厨垃圾培养基以体积比10％的比例接种到餐厨垃圾培养基中，培养温度37℃，在发酵的过程中在线采用流加粗甘油的方式使发酵液中的pH值控制在6.5，控制发酵液中甘油浓度不低于20g/L，通入0.2vvm空气微氧发酵，机械搅拌转速150rpm，发酵78h，发酵过程中测定甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤、固液分离、浓缩即得乳酸液。
发酵完毕，粗甘油消耗总量为96g，过滤除去固体残渣，发酵液中乳酸浓度131g/L。乳酸质量得率81.2，生产强度1.68g/(L.h)。餐厨垃圾利用率78.1％(湿基含水率68％)，粗甘油转化率87％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将混合水解酶液加入到餐厨垃圾培养基中水解，将种子液接种到水解后的餐厨垃圾培养基中，再加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，进行厌氧或微氧发酵，在发酵过程中同时流加经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，控制发酵体系中粗甘油浓度和pH，发酵过程中测定粗甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤即得乳酸液。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将混合水解酶液加入到餐厨垃圾培养基中，35℃～55℃水解12～24h，将种子液与餐厨垃圾培养基以体积比6％～10％的比例接种到水解后的餐厨垃圾培养基中，再加入与餐厨垃圾培养基质量比值为0.06～0.1的经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，33℃～55℃厌氧或微氧发酵，在发酵过程中通入0～0.2vvm空气，搅拌速度为80～150r/min，同时流加经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，控制发酵体系中粗甘油浓度在10～80g/L，pH在5.0～8.0，发酵过程中测定粗甘油和乳酸的含量，当乳酸的生产强度在0.5g/h以下时，停止加入经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，发酵体系继续发酵至残余粗甘油浓度降到1g/L以下时，停止发酵，发酵后得到的发酵液过滤即得乳酸液；
其中：混合水解酶液与餐厨垃圾培养基的质量比为0.06～0.1，种子液的菌种选自植物乳杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌和嗜淀粉乳杆菌中的一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述的餐厨垃圾培养基通过如下步骤制备得到：预处理后的餐厨垃圾中加入水，餐厨垃圾与水的质量比为1:1，按餐厨垃圾和水的总量为200mL计，依次加入下列组分：K2HPO4.3H2O 2.0g/L，(NH4)2SO4 8.0g/L，MgSO4.7H2O 0.2g/L，消泡剂0.1mL，121℃灭菌30min，制得餐厨垃圾培养基。
4.根据权利要求1或2所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述的混合水解酶包括糖化酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶和果胶酶的两种以上。
5.根据权利要求4所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述的糖化酶的酶活力为100～160U/g，纤维素酶的酶活力为50～100U/g，淀粉酶的酶活力为100～160U/g，脂肪酶的酶活力为50～100U/g，蛋白酶的酶活力为10～50U/g，果胶酶的酶活力为10～50U/g。
6.根据权利要求1或2所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述的种子液是通过以下方法获得的：将4℃保藏的菌种按体积比为3％的接种量转接至新鲜灭菌的MRS培养基中，静置活化10h得活化后的菌液，所述的活化后的菌液再接种至装有100mL新鲜灭菌的种子培养基的250mL锥形瓶中，35℃摇床振荡培养24h，摇床转速为150r/min，获得种子液，所述的种子培养基配方为：每升含有餐厨垃圾20g，经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油20g，酵母粉5g，蛋白胨10g，乙酸钠6g，磷酸氢二钾1.5g，余量为水。
7.根据权利要求6所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述的经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油的处理步骤是：将废油脂生物柴油粗甘油经生物质50℃～65℃吸附24h后压滤，得到经生物质初步处理的废油脂生物柴油粗甘油，所述的废油脂生物柴油粗甘油与生物质的质量比为0.05～0.1。
8.根据权利要求6所述的餐厨垃圾与废油脂生物柴油副产物粗甘油联合发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述的生物质目数小于等于40目，所述的生物质选自甘蔗渣、花生壳、玉米芯、秸秆、桉木、杨树和马尾松中的一种以上。
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