CN109234326A - 一种发酵法生产乳酸的方法 - Google Patents

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何志华
熊德彬
陈志强
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Abstract

本发明涉及一种发酵法生产乳酸的方法，包括以下步骤：粗粉碎：将植物秸秆晾干，收集后粉碎成粉末，粉碎粒度为60目‑80目；预混：将秸秆粉末和0.1%‑3%的稀硫酸，质量以10:1到6:1的比例在预混罐中搅拌均匀；水解：升温至1100C‑130℃，保温0.5‑3h；过滤：除去不溶残渣，得到植物秸秆酸解液；中和：用氢氧化钙调节植物秸秆酸解液pH至6.0‑8.0。本发明利用玉米秸秆中的纤维素、半纤维素酸解后的糖液和玉米淀粉糖化液作为碳源发酵生产乳酸。本发明利用植物秸秆作为发酵原料，提高了碳源的利用范围；变废为宝，降低了粮食的使用量，在一定程度上缓解了与人争粮的状况，对保证粮食安全具有重要意义。

Description

一种发酵法生产乳酸的方法
技术领域
本发明涉及乳酸技术领域，特别涉及一种发酵法生产乳酸的方法。
背景技术
乳酸是世界三大有机酸之一，被广泛应用于食品、饲料、医药、日化和工业等各个领域。近年来随着石化资源的不断紧缺，众多化学合成的高分子材料的生产受到了限制。乳酸具有旋光性可分为L-乳酸和D-乳酸两种光学异构体。由于人体只能代谢L-乳酸，所以世界卫生组织提倡在食品和医药领域广泛使用L-乳酸，这使得L-乳酸的需求量不断增大。L-乳酸最重要最大宗的工业应用是用于生产可降解聚合物-聚乳酸。随着我们环境意识的不断增强，大力开发可降解生物新材料，成为目前世界材料技术发展趋势之一。
目前乳酸生产有化学合成法、酶法和微生物发酵法。其中微生物发酵法因生产原料廉价易得、工艺操作简单、所得乳酸光学纯度高等优点，而成为工业上生产乳酸的重要方法。常用于乳酸发酵的菌种为细菌和根霉。本发明所用的菌种为凝结芽孢杆菌。
凝结芽孢杆菌是一种嗜热杆菌，作为生物质乳酸发酵菌种，可通过同型厌氧发酵制备乳酸，具有糖酸转化率高，发酵温度高可实现生料发酵等优点，且L-乳酸光学纯度高，具有工业化应用前景。
在L-乳酸的发酵生产中，淀粉质原料因来源广泛、易于处理等优势，大量使用于L-乳酸的发酵生产中，但同时浪费了大量的粮食资源，与人争粮严重。生产成本居高不下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发酵法生产乳酸的方法；能够节约大量的粮食资源，极大的降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提供一种发酵法生产乳酸的方法，包括以下步骤：
1）粗粉碎：将植物秸秆晾干，收集后粉碎成粉末，粉碎粒度为60目-80目；
2）预混：将秸秆粉末和0.1%-3%的稀硫酸，质量以10:1到6:1的比例在预混罐中搅拌均匀；
3）水解：升温至1100C-130℃，保温0.5-3h；
4）过滤：除去不溶残渣，得到植物秸秆酸解液；
5）中和：用氢氧化钙调节植物秸秆酸解液pH至6.0-8.0。
优选的，利用玉米秸秆中的纤维素、半纤维素酸解后的糖液和玉米淀粉糖化液作为碳源发酵生产乳酸。
优选的，酸解后的糖化液的还原糖浓度为1%-10%。
优选的，玉米淀粉糖化液的还原糖浓度为10%-30%。
优选的，玉米秸秆酸化液在发酵液中的含量为50%-100%的质量百分比。
优选的，发酵温度为48-520C。
优选的，发酵时间为40-56h。
有益效果：
本发明同现有技术利用淀粉生产乳酸相比，本发明具有以下优点：本发明在发酵过程中不仅可以利用葡萄糖，还可以利用木糖，提高了碳源的利用范围。本发明利用植物秸秆作为发酵原料，变废为宝，降低了粮食的使用量，在一定程度上缓解了与人争粮的状况，对保证粮食安全具有重要意义。同时，与现有技术相比，本发明乳酸发酵周期由56h缩短到48h，发酵水平由相当。
具体实施方式
本发明一种发酵法生产乳酸的方法，包括以下步骤：
1）粗粉碎：将植物秆晾干，收集后粉碎成粉末，粉碎粒度为60目-80目；
2）预混：将秸秆粉末和0.1%-3%的稀硫酸，质量以10:1到6:1的比例在预混罐中搅拌均匀；
3）水解：升温至1100C-130℃，保温0.5-3h；
4）过滤：除去不溶残渣，得到植物秸秆酸解液；
5）中和：用氢氧化钙调节植物秸秆酸解液pH至6.0-8.0。
优选的，利用玉米秸秆中的纤维素、半纤维素酸解后的糖液和玉米淀粉糖化液作为碳源发酵生产乳酸。
优选的，酸解后的糖化液的还原糖浓度为1%-10%。
优选的，玉米淀粉糖化液的还原糖浓度为10%-30%。
优选的，玉米秸秆酸化液在发酵液中的含量为50%-100%的质量百分比。
优选的，发酵温度为48-520C。
优选的，发酵时间为40-56h。
实施例
1）一级种子培养：将凝结芽孢杆菌在无菌条件下接种到种子培养基中，480C-520C，120rpm培养18h-24h。
2）二级种子培养：将步骤1）中的种子培养液接种到种子培养基中，480C-520C，120rpm培养12h-18h。
3）发酵培养：将步骤2）中的种子培养液接种到发酵培养基中，接种量为10%（V/V），480C-520C，120rpm培养48h。
其中步骤1）使用的培养基配方为：
发酵液总还原糖15%（水解液还原糖1%-10%，淀粉还原糖10%-30%），蛋白胨0.1%-1%，酵母粉0.1%-1%，纯水配制。
其中步骤2）使用的培养基配方为：
发酵液总还原糖15%（水解液还原糖1%-10%，淀粉还原糖10%-30%），蛋白胨0.1%-1%，酵母粉0.1%-1%，纯水配制。
其中步骤3）使用的培养基配方为：
发酵液总还原糖15%（水解液还原糖1%-10%，淀粉还原糖10%-30%），蛋白胨0.1%-1%，酵母粉0.1%-1%，七水硫酸镁0.1-1%，碳酸钙8%-12%。
发酵过程包括：480C -520C，转速120rpm，发酵48h。乳酸产量为12wt%。
比较例
1）一级种子培养：将凝结芽孢杆菌在无菌条件下接种到种子培养基中，480C-500C培养，120rpm，18h-24h。
2）二级种子培养：将步骤1）中的种子培养液接种到种子培养基中，480C-500C培养，120rpm，12h-18h。
3）发酵培养：将步骤2）中的种子培养液接种到发酵培养基中，接种量为10%（V/V），480C-500C，120rpm，56h。
其中步骤1）使用的培养基配方为：
发酵液总还原糖15%（淀粉还原糖10%-30%），蛋白胨0.1%-1%，酵母粉0.1%-1%，纯水配制。
其中步骤2）使用的培养基配方为：
发酵液总还原糖15%（淀粉还原糖10%-30%），蛋白胨0.1%-1%，酵母粉0.1%-1%，纯水配制。
其中步骤3）使用的培养基配方为：
发酵液总还原糖15%（淀粉还原糖10%-30%），蛋白胨0.1%-1%，酵母粉0.1%-1%，七水硫酸镁0.01%-0.1%，碳酸钙8%-12%。
发酵过程包括：480C -520C，转速120rpm，发酵56h，。乳酸产量为12%。
本发明利用植物秸秆酸解液中的还原糖和玉米淀粉糖化液中的还原糖作为发酵的碳源生产L-乳酸，既能提高乳酸生产的经济效益，又能节约大量的粮食资源。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种发酵法生产乳酸的方法，其特征在于；包括以下步骤：
粗粉碎：将植物秸秆晾干，收集后粉碎成粉末，粉碎粒度为60目-80目；
预混：将秸秆粉末和0.1%-3%的稀硫酸，质量以10:1到6:1的比例在预混罐中搅拌均匀；
水解：升温至1100C-130℃，保温0.5-3h；
过滤：除去不溶残渣，得到植物秸秆酸解液；
5）中和：用氢氧化钙调节植物秸秆酸解液pH至6.0-8.0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用玉米秸秆中的纤维素、半纤维素酸解后的糖液和玉米淀粉糖化液作为碳源发酵生产乳酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：酸解后的糖化液的还原糖浓度为1%-10%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：玉米淀粉糖化液的还原糖浓度为10%-30%。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：玉米秸秆酸化液在发酵液中的含量为50%-100%的质量百分比。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：发酵温度为48-520C。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：发酵时间为40-56h。
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