[發明專利]一種發酵與膜分離耦合實現連續批次發酵木質纖維素水解液生產乳酸的方法

有效

• 申請號: 201310502784.3
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103834696A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 萬印華;張玉明;陳向榮;齊本坤;沈飛;蘇儀
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12P7/56
• 分類號: C12P7/56;C07C59/08;C07C51/47;C12R1/07
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1.一種發酵與膜分離耦合實現連續批次發酵木質纖維素水解液生產乳酸的方法，其特征在于，該工藝包括以下步驟：

（1）木質纖維素的糖化：將木質纖維素原料預處理、酶解，并將預處理得到的液體與酶解得到的液體合并，經納濾技術濃縮，得到木質纖維素水解液；

（2）以嗜熱乳酸生產菌為菌種，利用木質纖維素水解液在一定發酵條件下生產乳酸，培養基無需滅菌，且發酵過程也不需無菌操作；

（3）第一批次發酵結束后，啟動與發酵罐耦合的膜分離組件，發酵液經泵輸送到超濾膜組件中，得到含有乳酸的透過液，截留的菌體細胞返回發酵罐中，最終將發酵液體積濃縮，其中濃縮液主要為具有發酵能力的菌體細胞；

（4）濃縮液再作為種子培養物接入下一批次發酵培養基中，以與上一批次完全相同的發酵條件繼續發酵，然后再對發酵液再次進行超濾操作，獲得含有乳酸的透過液及用作下一批次發酵種子培養的濃縮液。如此循環多次，實現木質纖維素水解液的膜耦合連續批次發酵生產乳酸。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）中所述木質纖維素是玉米秸稈、稻草秸稈、小麥秸稈、甘蔗渣、草類以及闊葉樹或針葉樹的木屑，木質纖維素預處理方法是稀堿液、稀酸液或者蒸汽爆破方法處理。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1）中所述的納濾膜組件為卷式、管式或平板式，納濾膜組件的材料為醋酸纖維素、磺化聚砜、聚酰胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇，納濾組件的截留分子量為90到400道爾頓之間。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中使用的嗜熱乳酸生產菌為凝結芽孢桿菌（Bacillus?coagulans）CGMCC?No.7635，保藏于中國普通微生物菌種保藏管理中心。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中得到的木質纖維素水解液為己糖（葡萄糖，甘露糖或半乳糖等六碳糖）和戊糖（木糖、阿拉伯糖等五碳糖）的混合物。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2）中的發酵條件為：溫度45～55℃，批次發酵時間20～40h，攪拌轉速100～150rpm，使用氫氧化鈉、氨水或者碳酸鈉控制pH值在6.0～6.5之間。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）和（4）中超濾過程為開放式操作，不需無菌操作。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3）和（4）中超濾膜材料為聚砜、聚砜酰胺、聚酰胺、磺化聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、偏聚氯乙烯、聚醚砜或聚醚酮或無機陶瓷膜；膜組件為平板式、管式、寬流道卷式或外壓式中空纖維式；超濾膜截留分子量在1萬到10萬道爾頓之間。

9.根據權利1要求所示方法，其特征在于，步驟（3）中使用超濾膜組件將發酵液濃縮為原始體積的5%～20%。

10.根據權利1要求所示方法，其特征在于，步驟（4）中連續發酵批次在5次以上。