RU2815933C1 - Method of producing lactic acid from by-products of starch production when processing wheat grains - Google Patents
Method of producing lactic acid from by-products of starch production when processing wheat grains Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815933C1 RU2815933C1 RU2023114823A RU2023114823A RU2815933C1 RU 2815933 C1 RU2815933 C1 RU 2815933C1 RU 2023114823 A RU2023114823 A RU 2023114823A RU 2023114823 A RU2023114823 A RU 2023114823A RU 2815933 C1 RU2815933 C1 RU 2815933C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lactic acid
- products
- starch production
- mixture
- fermenter
- Prior art date
Links
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 169
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 title claims abstract description 84
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 title claims abstract description 25
- 239000008107 starch Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 241000209140 Triticum Species 0.000 title claims abstract description 13
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 title claims abstract description 13
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 39
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 14
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 13
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 11
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003625 amylolytic effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 210000002196 fr. b Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 5
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 5
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N L-lactic acid Chemical compound C[C@H](O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 4
- 229940100445 wheat starch Drugs 0.000 description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004251 Ammonium lactate Substances 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 3
- 244000057717 Streptococcus lactis Species 0.000 description 3
- 235000014897 Streptococcus lactis Nutrition 0.000 description 3
- 229940059265 ammonium lactate Drugs 0.000 description 3
- 235000019286 ammonium lactate Nutrition 0.000 description 3
- RZOBLYBZQXQGFY-HSHFZTNMSA-N azanium;(2r)-2-hydroxypropanoate Chemical compound [NH4+].C[C@@H](O)C([O-])=O RZOBLYBZQXQGFY-HSHFZTNMSA-N 0.000 description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 3
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 3
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- CYDQOEWLBCCFJZ-UHFFFAOYSA-N 4-(4-fluorophenyl)oxane-4-carboxylic acid Chemical compound C=1C=C(F)C=CC=1C1(C(=O)O)CCOCC1 CYDQOEWLBCCFJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000009108 Chlorella vulgaris Species 0.000 description 2
- 241000186673 Lactobacillus delbrueckii Species 0.000 description 2
- GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N N-[2-(1H-indol-3-yl)ethyl]-N-methylprop-2-en-1-amine Chemical compound CN(CCC1=CNC2=C1C=CC=C2)CC=C GXCLVBGFBYZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- MKJXYGKVIBWPFZ-UHFFFAOYSA-L calcium lactate Chemical compound [Ca+2].CC(O)C([O-])=O.CC(O)C([O-])=O MKJXYGKVIBWPFZ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000001527 calcium lactate Substances 0.000 description 2
- 235000011086 calcium lactate Nutrition 0.000 description 2
- 229960002401 calcium lactate Drugs 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 235000021074 carbohydrate intake Nutrition 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012531 culture fluid Substances 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 2
- 239000001540 sodium lactate Substances 0.000 description 2
- 229940005581 sodium lactate Drugs 0.000 description 2
- 235000011088 sodium lactate Nutrition 0.000 description 2
- 229960004793 sucrose Drugs 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 2
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N Alpha-Lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 1
- 235000016068 Berberis vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 241000335053 Beta vulgaris Species 0.000 description 1
- 235000007089 Chlorella vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 101710121765 Endo-1,4-beta-xylanase Proteins 0.000 description 1
- 241000194031 Enterococcus faecium Species 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000221779 Fusarium sambucinum Species 0.000 description 1
- 108010073178 Glucan 1,4-alpha-Glucosidase Proteins 0.000 description 1
- 102100022624 Glucoamylase Human genes 0.000 description 1
- 108010068370 Glutens Proteins 0.000 description 1
- 229920001202 Inulin Polymers 0.000 description 1
- 244000017020 Ipomoea batatas Species 0.000 description 1
- 235000002678 Ipomoea batatas Nutrition 0.000 description 1
- 150000003895 L-lactate salts Chemical class 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 240000001046 Lactobacillus acidophilus Species 0.000 description 1
- 235000013956 Lactobacillus acidophilus Nutrition 0.000 description 1
- 241000186605 Lactobacillus paracasei Species 0.000 description 1
- 240000006024 Lactobacillus plantarum Species 0.000 description 1
- 235000013965 Lactobacillus plantarum Nutrition 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N Lactose Natural products OC[C@H]1O[C@@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)C(O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QKKXKWKRSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UHFFFAOYSA-N Rohrzucker Natural products OCC1OC(CO)(OC2OC(CO)C(O)C(O)C2O)C(O)C1O CZMRCDWAGMRECN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 description 1
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 description 1
- 241000204117 Sporolactobacillus Species 0.000 description 1
- 241000194017 Streptococcus Species 0.000 description 1
- 241000194049 Streptococcus equinus Species 0.000 description 1
- 239000005862 Whey Substances 0.000 description 1
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 1
- 102000004139 alpha-Amylases Human genes 0.000 description 1
- 108090000637 alpha-Amylases Proteins 0.000 description 1
- 229940024171 alpha-amylase Drugs 0.000 description 1
- 235000015191 beet juice Nutrition 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 238000010352 biotechnological method Methods 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 235000008504 concentrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000010794 food waste Substances 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000021312 gluten Nutrition 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N inulin Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)OC[C@]1(OC[C@]2(OC[C@]3(OC[C@]4(OC[C@]5(OC[C@]6(OC[C@]7(OC[C@]8(OC[C@]9(OC[C@]%10(OC[C@]%11(OC[C@]%12(OC[C@]%13(OC[C@]%14(OC[C@]%15(OC[C@]%16(OC[C@]%17(OC[C@]%18(OC[C@]%19(OC[C@]%20(OC[C@]%21(OC[C@]%22(OC[C@]%23(OC[C@]%24(OC[C@]%25(OC[C@]%26(OC[C@]%27(OC[C@]%28(OC[C@]%29(OC[C@]%30(OC[C@]%31(OC[C@]%32(OC[C@]%33(OC[C@]%34(OC[C@]%35(OC[C@]%36(O[C@@H]%37[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O%37)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%36)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%35)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%34)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%33)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%32)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%31)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%30)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%29)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%28)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%27)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%26)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%25)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%24)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%23)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%22)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%21)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%20)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%19)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%18)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%17)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%16)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%15)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%14)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%13)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%12)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%11)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%10)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O9)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O8)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O7)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O6)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O5)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O4)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O3)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N 0.000 description 1
- 229940029339 inulin Drugs 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical class [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229940001447 lactate Drugs 0.000 description 1
- JJTUDXZGHPGLLC-UHFFFAOYSA-N lactide Chemical compound CC1OC(=O)C(C)OC1=O JJTUDXZGHPGLLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940039695 lactobacillus acidophilus Drugs 0.000 description 1
- 229940072205 lactobacillus plantarum Drugs 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000000419 plant extract Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- 235000004252 protein component Nutrition 0.000 description 1
- 239000003531 protein hydrolysate Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 229940057070 sugarcane extract Drugs 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N triammonium citrate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K tripotassium phosphate Chemical class [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 235000020985 whole grains Nutrition 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано в микробиологической промышленности.The present invention relates to biotechnology and can be used in the microbiological industry.
Все известные способы получения молочной кислоты можно разделить на химические и микробиологические. При производстве молочной кислоты путем микробиологического синтеза наиболее перспективно использовать недорогой источник углеводов, например, возобновляемое растительное сырье. К таким источникам углеводов относятся очищенный свекловичный сахар, тростниковый сахар, различные виды крахмалов и их производные, такие как рафинированные сиропы глюкозы. Они могут быть неочищенными растительными экстрактами или побочными продуктами сельскохозяйственной промышленности, такими как крахмальный сироп, патока, сыворотка и др.).All known methods for producing lactic acid can be divided into chemical and microbiological. When producing lactic acid by microbiological synthesis, it is most promising to use an inexpensive source of carbohydrates, for example, renewable plant raw materials. Such carbohydrate sources include refined beet sugar, cane sugar, various types of starches and their derivatives, such as refined glucose syrups. They may be crude plant extracts or agricultural by-products such as starch syrup, molasses, whey, etc.).
Известен способ получения молочной кислоты с чистотой 90-92%, где для процесса ферментации в качестве основных источников углерода и азота используют глюкозу (18-20%), полученную из крахмала сладкого картофеля, гидролизат белка, и микробный консорциум кислотоустойчивых культур Lactobacillus plantarum и Lactobacillus delbrueckii (патент № EP3918084). Недостатком данного способа является низкая чистота конечного продукта, где помимо молочной кислоты образуются доли пропионовой и уксусной кислоты.There is a known method for producing lactic acid with a purity of 90-92%, where for the fermentation process glucose (18-20%) obtained from sweet potato starch, protein hydrolysate, and a microbial consortium of acid-resistant cultures Lactobacillus plantarum and Lactobacillus are used as the main sources of carbon and nitrogen. delbrueckii (patent no. EP3918084). The disadvantage of this method is the low purity of the final product, where in addition to lactic acid, fractions of propionic and acetic acid are formed.
Известен способ получения молочной кислоты на основе микробиологического синтеза (патент РФ № 2306340), предусматривающий сбраживание сахарсодержащей питательной среды молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii ВКПМ В-8744 в возрасте 48-72 ч в присутствии солодовых ростков в количестве 12-15 г/л, обработанных водой, подкисленной молочной кислотой до рН 4,0-5,0 и ферментным препаратом ксилоглюканофоетидином в количестве, соответствующем 200-600 ед./л ксиланазной активности. Среда содержит мел в количестве 60% от общего количества, рассчитанного для нейтрализации молочной кислоты, дрожжевой экстракт и питательные соли. В качестве питательных солей используют сульфаты магния, марганца и железа, цитрат аммония, одно- и двухзамещенные фосфаты калия. Нейтрализацию образующейся молочной кислоты проводят через 24 часа от начала процесса брожения введением 40% оставшегося мела. Продуктивность процесса составляет 2,96 г/(л*ч) лактата кальция. Выход молочной кислоты на стадии брожения от исходного сахара составляет 94,6%. Недостатком данного способа является относительно невысокий выход молочной кислоты и использование дорогостоящих компонентов питательной среды, а также необходимость утилизации твердого отхода – мела, которая не описывается.There is a known method for producing lactic acid based on microbiological synthesis (RF patent No. 2306340), which involves fermentation of a sugar-containing nutrient medium with lactic acid bacteria Lactobacillus delbrueckii VKPM B-8744 at the age of 48-72 hours in the presence of malt sprouts in an amount of 12-15 g/l, treated with water , acidified with lactic acid to pH 4.0-5.0 and the enzyme preparation xyloglucanofoetidine in an amount corresponding to 200-600 units/l xylanase activity. The medium contains chalk in an amount of 60% of the total amount calculated to neutralize lactic acid, yeast extract and nutrient salts. Magnesium, manganese and iron sulfates, ammonium citrate, mono- and disubstituted potassium phosphates are used as nutrient salts. Neutralization of the resulting lactic acid is carried out 24 hours from the start of the fermentation process by introducing 40% of the remaining chalk. The productivity of the process is 2.96 g/(l*h) calcium lactate. The yield of lactic acid at the fermentation stage from the original sugar is 94.6%. The disadvantage of this method is the relatively low yield of lactic acid and the use of expensive components of the nutrient medium, as well as the need to dispose of solid waste - chalk, which is not described.
Другой биотехнологический способ получения молочной кислоты предусматривает культивирование в ферментерах культуры лактобактерий Lactococcus lactis ВКПМ В-1700, и/или Lactococcus lactis ВКПМВ-2017, и/или Lactococcus lactis ВКПМ В- 2018 в нестерильных условиях на питательной среде с последующей нейтрализацией молочной кислоты 5%-м раствором гидроокиси натрия. После достижения концентрации лактата натрия по меньшей мере 3% через по меньшей мере 6 часов ферментационную среду частично выводят из ферментера с доливом питательной среды в том же объеме. Осуществляют ступенчатое центрифугирование. Освобожденную от лактобактерий культуральную жидкость подают в блок биполярных диэлектрических мембран в непрерывном режиме. Молочную кислоту из сборной камеры электродиализного блока подают на дополнительную очистку. Затем молочную кислоту упаривают на вакуумных установках до концентрации 40 или 80% и фасуют (патент РФ № 2661792). Недостатками данного способа является использование в качестве компонента среды культуральной жидкости гриба Fusarium sambucinum с низкой питательной ценностью, что требует внесения дополнительных добавок – чистой глюкозы и дрожжевого экстракта, использование которых повышает стоимость производства.Another biotechnological method for producing lactic acid involves cultivating lactobacilli cultures Lactococcus lactis VKPM V-1700, and/or Lactococcus lactis VKPMV-2017, and/or Lactococcus lactis VKPM V-2018 in fermenters under non-sterile conditions on a nutrient medium, followed by neutralization of lactic acid to 5% m sodium hydroxide solution. After reaching a sodium lactate concentration of at least 3% after at least 6 hours, the fermentation medium is partially removed from the fermenter with the same volume of nutrient medium being added. Stepwise centrifugation is carried out. The culture liquid freed from lactobacilli is fed into a block of bipolar dielectric membranes in a continuous mode. Lactic acid from the collection chamber of the electrodialysis unit is supplied for additional purification. Then the lactic acid is evaporated in vacuum units to a concentration of 40 or 80% and packaged (RF patent No. 2661792). The disadvantages of this method is the use of the fungus Fusarium sambucinum with low nutritional value as a component of the culture liquid, which requires the addition of additional additives - pure glucose and yeast extract, the use of which increases the cost of production.
Известен способ получения молочной кислоты путем выращивания продуцента – кокковых форм термофильных или термотолерантных молочнокислых бактерий, таких как Streptococcus faecium, Streptococcus thermophillus, Lactobacillus acidophilus var. coccoideus с последующим выделением целевого продукта из ферментационной среды. В качестве источника углерода предлагается использование, например, лактозы, глюкозы, сахарозы, а в качестве источника азота – автолизатов дрожжей (БВК, пивных, пекарских). Среда может быть также дополнена стимулирующими рост бактерий и биосинтез молочной кислоты добавками, такими как кукурузный экстракт, солодовые ростки. Молочную кислоту из культуральной жидкости выделяют, добавляя в нее серную кислоту, в результате чего лактат кальция переходит в молочную кислоту, гипс выпадает в осадок, после чего смесь фильтруют (патент РФ № 2175014). Недостатком метода является использование на стадии культивирования автолизата пекарских/кормовых дрожжей, которые сами по себе являются ценным продуктом.There is a known method for producing lactic acid by growing a producer - coccal forms of thermophilic or thermotolerant lactic acid bacteria, such as Streptococcus faecium , Streptococcus thermophillus , Lactobacillus acidophilus var. coccoideus with subsequent isolation of the target product from the fermentation medium. It is proposed to use, for example, lactose, glucose, sucrose as a carbon source, and yeast autolysates (BVK, brewer's, baker's) as a nitrogen source. The medium can also be supplemented with additives that stimulate bacterial growth and lactic acid biosynthesis, such as corn extract and malt sprouts. Lactic acid is isolated from the culture liquid by adding sulfuric acid to it, as a result of which calcium lactate is converted into lactic acid, gypsum precipitates, after which the mixture is filtered (RF patent No. 2175014). The disadvantage of the method is the use of autolysate of baker's/fodder yeast at the cultivation stage, which in themselves is a valuable product.
Известен способ получения молочной кислоты, где в качестве субстрата для ферментации используется концентрированный сырой свекольный сок. После разбавления до желаемой начальной концентрации сахара и добавления питательных веществ сок ферментируется до молочной кислоты и / или лактата с помощью молочнокислых микроорганизмов (патент № US8211675). Недостатком данного способа является неполное потребление сахаров микроорганизмами, а также образование трудноудаляемых примесей в ходе ферментации.There is a known method for producing lactic acid, where concentrated raw beet juice is used as a substrate for fermentation. Once diluted to the desired initial sugar concentration and added nutrients, the juice is fermented to lactic acid and/or lactate by lactic acid microorganisms (Patent No. US8211675). The disadvantage of this method is the incomplete consumption of sugars by microorganisms, as well as the formation of difficult-to-remove impurities during fermentation.
Известен способ получения молочной кислоты с использованием городских твердых отходов (патент РФ № 2177036), предусматривающий ферментацию молочнокислых бактерий. На первом этапе из городских твердых отходов удаляют крупные части черных и цветных металлов, пластмассы и стекла и получают целлюлозный компонент, который затем измельчают и обрабатывают его разбавленной серной кислотой при 40-100°С, растворяя оставшиеся тяжелые металлы и получая растворимый и нерастворимый компоненты. После этого отделяют растворимый компонент от нерастворимого компонента, затем высушивают полученный нерастворимый компонент, обрабатывают его при массовом соотношении «концентрированная серная кислота: нерастворимый компонент» - 1:1 и получают частично гидролизованную смесь. Далее разбавляют полученную частично гидролизованную смесь водой при 80-100°С, перемешивают полученную разбавленную смесь при 100°С и получают разложившийся материал. Затем удаляют твердые вещества из полученного разложившегося материала и получают фильтрат, разделяют фильтрат на раствор, содержащий кислоту, и раствор, содержащий сахар, потом концентрируют раствор, содержащий сахар, до 1-20% концентрации сахара, доводят рН полученного концентрированного раствора, содержащего сахар, до 4,5-7,5, после чего ферментируют полученный раствор молочнокислыми бактериями и получают раствор, содержащий молочную кислоту. Недостатком данного способа является необходимость сложной многостадийной предобработки сырья с осуществлением жесткого микробиологического контроля от посторонней микрофлоры для получения достаточного выхода молочной кислоты, что приводит к заметному усложнению и удорожанию технологического процесса.There is a known method for producing lactic acid using municipal solid waste (RF patent No. 2177036), which involves the fermentation of lactic acid bacteria. In the first stage, large parts of ferrous and non-ferrous metals, plastics and glass are removed from municipal solid waste and a cellulose component is obtained, which is then crushed and treated with dilute sulfuric acid at 40-100 ° C, dissolving the remaining heavy metals and obtaining soluble and insoluble components. After this, the soluble component is separated from the insoluble component, then the resulting insoluble component is dried, treated at a mass ratio of “concentrated sulfuric acid: insoluble component” - 1:1 and a partially hydrolyzed mixture is obtained. Next, the resulting partially hydrolyzed mixture is diluted with water at 80-100°C, the resulting diluted mixture is stirred at 100°C, and a decomposed material is obtained. Then remove solids from the resulting decomposed material and obtain a filtrate, separate the filtrate into a solution containing acid and a solution containing sugar, then concentrate the solution containing sugar to 1-20% of the sugar concentration, adjust the pH of the resulting concentrated solution containing sugar, to 4.5-7.5, after which the resulting solution is fermented with lactic acid bacteria and a solution containing lactic acid is obtained. The disadvantage of this method is the need for complex multi-stage pre-treatment of raw materials with strict microbiological control against foreign microflora to obtain a sufficient yield of lactic acid, which leads to a noticeable complication and increase in cost of the technological process.
Известен способ получения молочной кислоты (заявка № US2010/0112652) путем ферментации экстракта сахарного тростника с помощью микроорганизмов, принадлежащих к роду Bacillus или Sporolactobacillus, при этом в питательную среду нет необходимости добавлять другие органические и неорганические вещества. Во время ферментации добавляют гидроксид кальция для поддержания pH ферментационной среды. Выход молочной кислоты составляет 20-30%. Недостатком данного метода является относительно невысокий выход молочной кислоты.There is a known method for producing lactic acid (application No. US2010/0112652) by fermenting sugar cane extract with microorganisms belonging to the genus Bacillus or Sporolactobacillus , and there is no need to add other organic and inorganic substances to the nutrient medium. During fermentation, calcium hydroxide is added to maintain the pH of the fermentation medium. The yield of lactic acid is 20-30%. The disadvantage of this method is the relatively low yield of lactic acid.
Известен способ (патент № EP4107215) получения L-лактатной соли из комбинированной рециркуляции полимолочной кислоты (PLA) и увеличения выхода L-молочной кислоты с помощью ферментации органических отходов. Общий выход продукции может достигать до 100%. Недостатком данного способа является использование в качестве субстрата для ферментации смешанных пищевых отходов, состав которых может изменяться от партии к партии, что в свою очередь может приводить к низкому выходу молочной кислоты. Также необходимо осуществление жесткого микробиологического контроля от посторонней микрофлоры используемого субстрата.There is a known method (patent No. EP4107215) of obtaining L-lactate salt from combined recycling of polylactic acid (PLA) and increasing the yield of L-lactic acid by fermentation of organic waste. The overall yield can reach up to 100%. The disadvantage of this method is the use of mixed food waste as a substrate for fermentation, the composition of which may vary from batch to batch, which in turn can lead to a low yield of lactic acid. It is also necessary to implement strict microbiological control against foreign microflora of the substrate used.
Известен способ (патент № EP1753869B1) получения полимолочной кислоты с использованием возобновляемого растительного сырья, такого как тростниковая патока или тростниковый жом. Ферментацию молочнокислых бактерий проводят в анаэробных/микроаэрофильных условиях с использованием штаммов р. Lactobacillus (предпочтительно L. delbrueckii), в периодическом режиме в течение 24-48 часов. Выход очищенного лактида составляет 50-60%. Недостатком данного метода является относительно невысокий выход молочной кислоты.There is a known method (patent No. EP1753869B1) for producing polylactic acid using renewable plant raw materials, such as cane molasses or cane pulp. Fermentation of lactic acid bacteria is carried out under anaerobic/microaerophilic conditions using strains of p. Lactobacillus (preferably L. delbrueckii ), intermittently for 24-48 hours. The yield of purified lactide is 50-60%. The disadvantage of this method is the relatively low yield of lactic acid.
Известен способ (патент РФ № 2700503) получения молочной кислоты, предполагающий внесение бактерий рода Lactobacillus в питательную среду, содержащую рассиропную, отстерилизованную свекловичную мелассу, сточные воды, предварительно очищенные с помощью биомассы Chlorella vulgaris при заданных соотношениях компонентов, и культивирование молочнокислых бактерий в течение 24-35 часов, при температуре 37-50°С, начальном уровне рН 6,5-7,5, при перемешивании 50-80 об/мин, аэрации суспензии на стадии накопительного культивирования газовоздушной смесью 60-80 л/ч с последующим обеспечением анаэробных условий в течение 24-35 ч. Недостатком данного метода является наличие технологического этапа культивирования микроводорослей вида Chlorella vulgaris, который предполагает интенсивную аэрацию суспензии микроводорослей на стадии накопительного культивирования газовоздушной смесью 60-80 л/ч, что приводит к удорожанию процесса производства молочной кислоты.There is a known method (RF patent No. 2700503) for producing lactic acid, which involves introducing bacteria of the genus Lactobacillus into a nutrient medium containing syrupy, sterilized beet molasses, wastewater pre-purified using Chlorella vulgaris biomass at specified ratios of components, and cultivating lactic acid bacteria for 24 -35 hours, at a temperature of 37-50°C, an initial pH level of 6.5-7.5, with stirring 50-80 rpm, aeration of the suspension at the stage of cumulative cultivation with a gas-air mixture of 60-80 l/h, followed by providing anaerobic conditions for 24-35 hours. The disadvantage of this method is the presence of a technological stage for cultivating microalgae of the species Chlorella vulgaris , which involves intensive aeration of a suspension of microalgae at the stage of cumulative cultivation with a gas-air mixture of 60-80 l/h, which leads to an increase in the cost of the lactic acid production process.
Известен другой способ (патент РФ № 2195495) получения L(+) – молочной кислоты путем прямой ферментации крахмалсодержащего сырья (пшеничная мука или помол зерен сорго) микроорганизмом, вызывающим молочнокислое брожение – Streptococcus bovis. Концентрация молочной кислоты на выходе – 72-90 г/л. Недостатком данного метода является использование серной кислоты для предварительной обработки пшеничной муки и мела для ее последующей нейтрализации, в результате чего образуется сульфат кальция, который будет смешиваться с непрогидролизованным остатком муки и являться дополнительным отходом производства.Another method is known (RF patent No. 2195495) for producing L(+) - lactic acid by direct fermentation of starch-containing raw materials (wheat flour or grinding sorghum grains) with a microorganism that causes lactic acid fermentation - Streptococcus bovis . The concentration of lactic acid at the outlet is 72-90 g/l. The disadvantage of this method is the use of sulfuric acid for pre-treatment of wheat flour and chalk for its subsequent neutralization, resulting in the formation of calcium sulfate, which will be mixed with the non-hydrolyzed flour residue and constitute an additional production waste.
Известен способ (заявка № WO2021156472) получения молочной кислоты из сырой биомассы, предварительно обработанной щелочью, путем одновременного проведения гидролиза и анаэробной ферментации со смешанной культурой микроорганизмов. Сырая биомасса может представлять собой агропромышленные или животноводческие стоки агропромышленные или животноводческие, биоотходы, лигноцеллюлозную биомассу и др. Способ позволяет получить 70-100% выход молочной кислоты. Недостатком упомянутых способов является необходимость реализации стадии предварительной обработки биомассы щелочью.There is a known method (application No. WO2021156472) for producing lactic acid from raw biomass, pre-treated with alkali, by simultaneously carrying out hydrolysis and anaerobic fermentation with a mixed culture of microorganisms. Crude biomass can be agro-industrial or livestock wastewater, bio-waste, lignocellulosic biomass, etc. The method makes it possible to obtain a 70-100% yield of lactic acid. The disadvantage of the mentioned methods is the need to implement the stage of pre-treatment of biomass with alkali.
Известен способ получения молочной кислоты путем ферментации инулинсодержащего сырья микроорганизмом, вызывающим молочнокислое брожение (патент РФ № 2195494). Недостатком способа можно считать относительно малотоннажное сырье для производства молочной кислоты.There is a known method for producing lactic acid by fermenting inulin-containing raw materials with a microorganism that causes lactic acid fermentation (RF patent No. 2195494). The disadvantage of this method is the relatively low-tonnage raw materials for the production of lactic acid.
Известен способ получения молочной кислоты из сельскохозяйственных отходов с использованием смешанных бактериальных культур (заявка № WO2013185344). Недостатком данного способа является необходимость реализации стадии предварительного гидролиза растительного сырья.There is a known method for producing lactic acid from agricultural waste using mixed bacterial cultures (application No. WO2013185344). The disadvantage of this method is the need to implement the stage of preliminary hydrolysis of plant materials.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент РФ № 2612152 (прототип), в котором для молочнокислого брожения в качестве углеводов используется ферментолизат крахмалосодержащего сырья, полученный из зернового сырья или отрубей влажным дроблением гидро-механо-акустическим способом с выделением фракционированием крахмала А и В, с их ферментативным гидролизом до глюкозы и добавлением в питательную среду солевых компонентов, дрожжевого экстракта и белковой составляющей. Способ предусматривает стадию накопительной ферментации в течение 12-24 ч. Накопленную биомассу отделяют в центробежном поле, ресуспендируют в ферментационной доливной среде, переносят в основной ферментер и культивируют 2-3 часа с одновременной подачей дополнительной среды с титрующими агентами для поддержания pH аммиачной водой в случае получения лактата аммония или раствора гидроксида натрия в случае получения натрия лактата. Затем полностью сливают все содержимое ферментера и отделяют биомассу продуцента от культуральной жидкости в центробежном поле. Биомассу продуцента ресуспендируют со следующей порцией ферментационной доливной среды и культивируют в очередном цикле. Количество циклов в основной ферментации составляет 10-20 циклов, фугат после отделения биомассы продуцента используют для дальнейшей переработки в молочную кислоту или соли молочной кислоты. Концентрация молочной кислоты в культуральной жидкости составляет не менее 120 г/л, а средняя скорость синтеза молочной кислоты – не менее 5 г/л⋅ч. Основным недостатком данного способа является использование цельнозернового крахмалосодержащего сырья, которое может быть применено для комплексной переработки с выделением целого ряда ценных продуктов, образование большого количества отходов, которые необходимо дополнительно утилизировать, а также использование в составе питательной среды дорогостоящего дрожжевого экстракта, что существенно повышает себестоимость процесса.The closest to the claimed invention is RF patent No. 2612152 (prototype), in which for lactic acid fermentation, fermentolysate of starch-containing raw materials is used as carbohydrates, obtained from grain raw materials or bran by wet crushing by a hydro-mechanical-acoustic method with the separation of starch A and B by fractionation, with their enzymatic hydrolysis to glucose and the addition of salt components, yeast extract and a protein component to the nutrient medium. The method involves a stage of cumulative fermentation for 12-24 hours. The accumulated biomass is separated in a centrifugal field, resuspended in a fermentation top-up medium, transferred to the main fermenter and cultivated for 2-3 hours with the simultaneous supply of additional medium with titrating agents to maintain pH with ammonia water in the case of obtaining ammonium lactate or sodium hydroxide solution in the case of obtaining sodium lactate. Then the entire contents of the fermenter are completely drained and the producer biomass is separated from the culture liquid in a centrifugal field. The producer biomass is resuspended with the next portion of fermentation top-up medium and cultivated in the next cycle. The number of cycles in the main fermentation is 10-20 cycles; the centrate, after separating the producer biomass, is used for further processing into lactic acid or lactic acid salts. The concentration of lactic acid in the culture fluid is at least 120 g/l, and the average rate of lactic acid synthesis is at least 5 g/l⋅h. The main disadvantage of this method is the use of whole grain starch-containing raw materials, which can be used for complex processing with the release of a number of valuable products, the formation of a large amount of waste that must be additionally disposed of, as well as the use of expensive yeast extract in the nutrient medium, which significantly increases the cost of the process .
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа биоконверсии побочных продуктов производства пшеничного крахмала в молочную кислоту. Эффективность предлагаемого способа достигается использованием в качестве единственного источника ростовых факторов пентозансодержащей фракции и стоков, содержащих фракцию B-крахмала, а также достижением максимального потребления углеводов и выхода молочной кислоты не менее 85% от потребленных углеводов и повышением продуктивности за счет применения отъемно-доливного культивирования.The technical objective of the present invention is to develop a method for bioconversion of by-products of wheat starch production into lactic acid. The effectiveness of the proposed method is achieved by using the pentosan-containing fraction and effluents containing the B-starch fraction as the sole source of growth factors, as well as achieving maximum carbohydrate consumption and lactic acid yield of at least 85% of consumed carbohydrates and increasing productivity through the use of wean-topping cultivation.
Поставленная задача решается путем разработки способа биоконверсии побочных продуктов производства пшеничного крахмала в молочную кислоту, заключающегося в наращивании биомассы молочнокислых бактерий до численности не менее 9,2 log (КОЕ/мл) в питательной среде, состоящей из смеси пентозансодержащей фракции и стоков, содержащих фракцию крахмала B, в условиях глубинной гетерофазной ферментации, при поддержании рН 5,7-5,9, последующего внесения комплексного амилолитического ферментного препарата в количестве от 0,5 до 10 % от содержания сухого вещества в смеси побочных продуктов, и биосинтеза молочной кислоты до достижения максимального потребления углеводов и выхода молочной кислоты. Для повышения продуктивности процесса после окончания первого цикла биосинтеза из ферментера отбирают 90 % об. культуральной жидкости, добавляют равную отобранному количеству смесь побочных продуктов и комплексный амилолитический ферментный препарат, и проводят до пяти повторяющихся циклов биосинтеза.The problem is solved by developing a method for bioconversion of by-products of wheat starch production into lactic acid, which consists in increasing the biomass of lactic acid bacteria to a number of at least 9.2 log (CFU/ml) in a nutrient medium consisting of a mixture of a pentosan-containing fraction and wastewater containing a starch fraction B, under conditions of deep heterophasic fermentation, while maintaining pH 5.7-5.9, subsequent addition of a complex amylolytic enzyme preparation in an amount of 0.5 to 10% of the dry matter content in the mixture of by-products, and biosynthesis of lactic acid until maximum carbohydrate intake and lactic acid output. To increase the productivity of the process, after the end of the first biosynthesis cycle, 90% vol. is taken from the fermenter. culture liquid, add a mixture of by-products equal to the selected amount and a complex amylolytic enzyme preparation, and carry out up to five repeating cycles of biosynthesis.
Техническим результатом настоящего изобретения является биоконверсия побочного продукта производства пшеничного крахмала – смеси пентазансодержащей фракции и стоков, содержащих фракцию крахмала B, в молочную кислоту с выходом последней не менее 85% от потребленных углеводов и без добавления дополнительных факторов роста, а также в повышении продуктивности за счет применения отъемно-доливного культивирования. Высокая степень биоконверсии подтверждается снижением концентрации углеводов со 121 до 3,5 г/л. Применение пентозансодержащей фракции и стоков, содержащих фракцию крахмала B, смешанных в соотношении, соответствующем количествам, образующимся при глубокой переработке зерна пшеницы в крахмал, позволяет максимально эффективно утилизировать данные побочные продукты.The technical result of the present invention is the bioconversion of a by-product of the production of wheat starch - a mixture of pentasan-containing fraction and waste containing starch fraction B, into lactic acid with a yield of the latter of at least 85% of consumed carbohydrates and without adding additional growth factors, as well as increasing productivity due to application of weaning and refilling cultivation. The high degree of bioconversion is confirmed by a decrease in the concentration of carbohydrates from 121 to 3.5 g/l. The use of a pentosan-containing fraction and wastewater containing starch fraction B, mixed in a ratio corresponding to the quantities formed during the deep processing of wheat grain into starch, allows for the most efficient utilization of these by-products.
Достижение технического результата подтверждается примерами.Achieving a technical result is confirmed by examples.
Пример 1. Для наращивания биомассы молочнокислых бактерий используют пентозансодержащую фракцию и стоки, содержащие фракцию крахмала B, смешанные в соотношении, соответствующем количеству данных побочных продуктов, образующемуся при глубокой переработке зерна пшеницы по одной из типовых технологий. Основными продуктами данного производства являются пшеничные крахмал и глютен.Example 1. To increase the biomass of lactic acid bacteria, a pentosan-containing fraction and wastewater containing starch fraction B are used, mixed in a ratio corresponding to the amount of these by-products formed during deep processing of wheat grain using one of the standard technologies. The main products of this production are wheat starch and gluten.
В ферментер объемом 5 л загружают 3,4 л смеси побочных продуктов, стерилизуют при 112°С в течение 30 минут, охлаждают до температуры культивирования 37°C и инокулируют 5% об. ночной культуры молочнокислых бактерий Lactobacillus paracasei. Поддерживают pH культивирования на значении 5,8±0,1 добавлением в культуральную жидкость концентрированного раствора аммиака. Дополнительно ростовых факторов не вносят. Глубинную гетерофазную ферментацию продолжают в течение 10 часов до достижения численности жизнеспособных молочнокислых бактерий в культуральной жидкости не менее 9,2 log (КОЕ/мл).A 5 L fermenter is charged with 3.4 L of the by-product mixture, sterilized at 112°C for 30 minutes, cooled to a cultivation temperature of 37°C and inoculated with 5% vol. overnight culture of lactic acid bacteria Lactobacillus paracasei . The cultivation pH is maintained at 5.8±0.1 by adding a concentrated ammonia solution to the culture liquid. No additional growth factors are introduced. Deep heterophasic fermentation is continued for 10 hours until the number of viable lactic acid bacteria in the culture liquid is at least 9.2 log (CFU/ml).
Пример 2. Для активации биосинтеза молочной кислоты в ферментационную среду, полученную по примеру 1, добавляют комплексный амилолитический ферментный препарат (глюкоамиллазная активность 9000 ед. ГлС/см3 и альфа-амилазная активность 500 ед. АС/см3) в количестве от 0,5 до 10% от содержания сухих веществ в питательной среде (смеси побочных продуктов). Процесс одновременного осахаривания углеводов и биосинтеза молочной кислоты проводят при поддержании рН добавлением в культуральную жидкость концентрированного раствора аммиака до достижения максимального потребления редуцирующих веществ, в течение от 30 до 32 часов. Продукт накапливается в виде лактата аммония. Степень потребления редуцирующих веществ составляет в среднем 98,3%, выход молочной кислоты – 89% от потребленных углеводов, конечная концентрация молочной кислоты – 109,4 г/л. Численность жизнеспособных молочнокислых бактерий в культуральной жидкости практически не снижается. Продуктивность процесса по молочной кислоте с учетом стадии наращивания биомассы составляет 2,7 г с 1 л культуральной жидкости в час. Варьирование концентрации ферментного препарата в указанном диапазоне не влияет на показатели процесса.Example 2. To activate the biosynthesis of lactic acid, a complex amylolytic enzyme preparation (glucoamylase activity 9000 units GLS/cm 3 and alpha-amylase activity 500 units AC/cm 3 ) is added to the fermentation medium obtained according to example 1 in an amount of 0. 5 to 10% of the dry matter content in the nutrient medium (mixture of by-products). The process of simultaneous saccharification of carbohydrates and biosynthesis of lactic acid is carried out while maintaining the pH by adding a concentrated ammonia solution to the culture liquid until the maximum consumption of reducing substances is achieved, for 30 to 32 hours. The product accumulates in the form of ammonium lactate. The degree of consumption of reducing substances is on average 98.3%, the yield of lactic acid is 89% of consumed carbohydrates, the final concentration of lactic acid is 109.4 g/l. The number of viable lactic acid bacteria in the culture liquid practically does not decrease. The productivity of the process for lactic acid, taking into account the stage of biomass growth, is 2.7 g with 1 liter of culture liquid per hour. Varying the concentration of the enzyme preparation in the specified range does not affect the process performance.
Пример 3. Для повышения продуктивности процесса биоконверсии из ферментера отбирают 90% об. культуральной жидкости, полученной по примеру 2, которую направляли на дальнейшую переработку с целью выделения лактата аммония, после чего вносят равное отобранному количество смеси побочных продуктов и комплексный амилолитический ферментный препарат. Продолжают биосинтез до максимальной степени потребления редуцирующих веществ. Параметры биосинтеза значимо не изменяются после пяти циклов отъема-долива, что позволяет добиться суммарной продуктивности 3,1 г молочной кислоты с 1 л культуральной жидкости в час.Example 3. To increase the productivity of the bioconversion process, 90% vol. is taken from the fermenter. culture liquid obtained according to example 2, which was sent for further processing to isolate ammonium lactate, after which an equal selected amount of a mixture of by-products and a complex amylolytic enzyme preparation were added. Biosynthesis is continued until the maximum degree of consumption of reducing substances. Biosynthesis parameters do not change significantly after five weaning-topping cycles, which makes it possible to achieve a total productivity of 3.1 g of lactic acid per 1 liter of culture fluid per hour.
Пример 4. Для оценки возможности применения стоков, содержащих фракцию крахмала B, отдельно от пентозановой фракции для биосинтеза молочной кислоты из ферментера отбирают 90% об. культуральной жидкости, полученной по примеру 2, после чего вносят равное отобранному количество стоков и комплексный амилолитический ферментный препарат. Процесс одновременного осахаривания крахмала В и биосинтеза молочной кислоты проводят при поддержании рН с добавлением в культуральную жидкость концентрированного раствора аммиака до достижения максимального потребления редуцирующих веществ (углеводов), т.е. в течение 238,5 часов. При этом численность жизнеспособных молочнокислых бактерий в культуральной жидкости снижается до 7,7 log (КОЕ/мл). Степень потребления редуцирующих веществ составляет 95,8%, выход молочной кислоты – 59% от потребленных углеводов, конечная концентрация молочной кислоты – 88,1 г/л. Продуктивность процесса по молочной кислоте с учетом стадии наращивания биомассы составляет 0,4 г с 1 л культуральной жидкости в час. Таким образом, при использовании стоков, содержащих фракцию крахмала B, отдельно от пентозансодержащей фракции заявляемый технический результат не достигается.Example 4. To assess the possibility of using wastewater containing starch fraction B, separately from the pentosan fraction, for the biosynthesis of lactic acid, 90% vol. culture liquid obtained according to example 2, after which an equal amount of waste and a complex amylolytic enzyme preparation are added. The process of simultaneous saccharification of starch B and biosynthesis of lactic acid is carried out while maintaining the pH with the addition of a concentrated ammonia solution to the culture liquid until the maximum consumption of reducing substances (carbohydrates) is achieved, i.e. for 238.5 hours. In this case, the number of viable lactic acid bacteria in the culture liquid decreases to 7.7 log (CFU/ml). The degree of consumption of reducing substances is 95.8%, the yield of lactic acid is 59% of consumed carbohydrates, the final concentration of lactic acid is 88.1 g/l. The productivity of the process for lactic acid, taking into account the stage of biomass growth, is 0.4 g with 1 liter of culture liquid per hour. Thus, when using wastewater containing starch fraction B, separately from the pentosan-containing fraction, the claimed technical result is not achieved.
Результаты получены с использованием оборудования Центра коллективного пользования РХТУ им. Д.И. Менделеева.The results were obtained using the equipment of the Center for Collective Use of the Russian Chemical Technical University named after. DI. Mendeleev.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815933C1 true RU2815933C1 (en) | 2024-03-25 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100173358A1 (en) * | 2007-02-09 | 2010-07-08 | Westfalia Separator Gmbh | Method for obtaining a valuable product, particularly starch, from grain flour |
| CN102302084A (en) * | 2011-08-18 | 2012-01-04 | 山东江口生物科技有限公司 | Process for separating wheat starch |
| RU2612152C2 (en) * | 2013-12-12 | 2017-03-02 | Общество с ограниченной ответственностью "БиоМИХМ" | Method of producing lactic acid |
| WO2017173324A2 (en) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | Danisco Us Inc. | Alpha-amylases, compositions & methods |
| WO2019173424A1 (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | Danisco Us Inc | Glucoamylases and methods of use thereof |
| CN110499344A (en) * | 2019-09-03 | 2019-11-26 | 浙江一清环保工程有限公司 | A method of utilizing starch wastewater, soybean processing waste water fermenting lactic acid |
| CN111118082A (en) * | 2020-03-30 | 2020-05-08 | 江苏科技大学 | Method for recycling potato starch wastewater |
| RU2019103597A (en) * | 2019-02-08 | 2020-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕРАХИМ" | METHOD FOR BIO-CONVERSION OF VEGETABLE RAW MATERIALS |
| RU2021131526A (en) * | 2019-04-18 | 2023-05-18 | Блукон Биотек Гмбх | EXTREME THERMOPHILIC BACTERIA OF THE GENUS CALDICELLULOSIRUPTOR SUITABLE FOR PROCESSING CELLULOSE AND STARCH BIOMASS |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100173358A1 (en) * | 2007-02-09 | 2010-07-08 | Westfalia Separator Gmbh | Method for obtaining a valuable product, particularly starch, from grain flour |
| CN102302084A (en) * | 2011-08-18 | 2012-01-04 | 山东江口生物科技有限公司 | Process for separating wheat starch |
| RU2612152C2 (en) * | 2013-12-12 | 2017-03-02 | Общество с ограниченной ответственностью "БиоМИХМ" | Method of producing lactic acid |
| WO2017173324A2 (en) * | 2016-04-01 | 2017-10-05 | Danisco Us Inc. | Alpha-amylases, compositions & methods |
| WO2019173424A1 (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | Danisco Us Inc | Glucoamylases and methods of use thereof |
| RU2019103597A (en) * | 2019-02-08 | 2020-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕРАХИМ" | METHOD FOR BIO-CONVERSION OF VEGETABLE RAW MATERIALS |
| RU2021131526A (en) * | 2019-04-18 | 2023-05-18 | Блукон Биотек Гмбх | EXTREME THERMOPHILIC BACTERIA OF THE GENUS CALDICELLULOSIRUPTOR SUITABLE FOR PROCESSING CELLULOSE AND STARCH BIOMASS |
| CN110499344A (en) * | 2019-09-03 | 2019-11-26 | 浙江一清环保工程有限公司 | A method of utilizing starch wastewater, soybean processing waste water fermenting lactic acid |
| CN111118082A (en) * | 2020-03-30 | 2020-05-08 | 江苏科技大学 | Method for recycling potato starch wastewater |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PIWU LI et al.,"Biological modification of pentosans in wheat B starch wastewater and preparation of a composite film", BMC Biotechnology volume 22, Article number: 4 (2022), опубл.17.01.2022, 11 с. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hujanen et al. | Optimisation of media and cultivation conditions for L (+)(S)-lactic acid production by Lactobacillus casei NRRL B-441 | |
| US20230413882A1 (en) | Single cell protein from thermophilic fungi | |
| Sabu et al. | Solid-state fermentation for production of phytase by Rhizopus oligosporus | |
| Wang et al. | The optimization of L-lactic acid production from sweet sorghum juice by mixed fermentation of Bacillus coagulans and Lactobacillus rhamnosus under unsterile conditions | |
| CN107002099B (en) | Biological process for co-production of ethanol and fungal protein | |
| AU2012329618B2 (en) | Process for the conversion of lignocellulose material into an organic acid | |
| AU2009262334A1 (en) | Method of producing yeast biomass | |
| Dietz et al. | Leguminose green juice as an efficient nutrient for l (+)-lactic acid production | |
| Bogale | Microbial protein production from agro-industrial wastes as food and feed | |
| EP1397501B9 (en) | Method of production of biodegradable lactic acid polymers | |
| Abdullahi et al. | Review on production of single-cell protein from food wastes | |
| RU2396007C1 (en) | Method of complex processing grain raw material for alcohol and feed products enriched in lysine | |
| RU2815933C1 (en) | Method of producing lactic acid from by-products of starch production when processing wheat grains | |
| CN111394397A (en) | Method for producing caproic acid by fermenting kitchen waste | |
| Khosravi-Darani et al. | Fed-Batch Production of a fermented beverage containing vitamin B12 | |
| Vinche et al. | Chitosan: A valuable byproduct of ethanolic fermentation by Rhizopus oryzae | |
| Zakariyah et al. | Optimisation of Lactic Acid Fermentation from Cassava Peel by Lactobacillus casei (ATCC334) | |
| Osumah et al. | Production of yeast using acid-hydrolyzed cassava and poultry manure extract | |
| RU2159287C1 (en) | Protein feed additive production process | |
| Papagianni | Microbial bioprocesses | |
| CN106566857A (en) | Process for producing yeast protein from peel residues generated in whole potato flour production process | |
| KR20220116514A (en) | Mycoprotein manufacturing method | |
| Frengova et al. | β-carotene-rich carotenoid-protein preparation and exopolysaccharide production by Rhodotorula rubra GED8 grown with a yogurt starter culture | |
| Chanalia et al. | Lactic acid production vis-à-vis biowaste management using lactic acid bacteria | |
| Hetényi et al. | Examination of medium supplementation for lactic acid fermentation |