[發明專利]一種生物轉化木質纖維素生產葡萄糖酸的方法

有效

• 申請號: 201410034928.1
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN104805137B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 鮑杰;張宏森;張建
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12P7/58
• 分類號: C12P7/58
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 朱小晶

本發明涉及一種發明人利用黑曲霉生物轉化木質纖維素高效生產葡萄糖酸的方法。提供的方法具體涉及，將培養好的黑曲霉接種于木質纖維素水解液中發酵生產葡萄糖酸，發酵96小時后葡萄糖酸濃度可達80g/L；或者將液體培養好的黑曲霉、木質纖維素原料和纖維素酶同時加入反應器中，進行同步糖化與發酵生產葡萄糖酸。本發明具有時間短、效率高的特點，而且木質纖維素原料來源廣泛且價格低廉，具有非常廣闊的發展空間和應用前景。

【技術領域】

本發明涉及生物基化學品的生物制造和生物煉制領域，具體地說，是玉米秸稈等木質纖維素原料經過糖化與發酵生產高濃度葡萄糖酸的方法。

【背景技術】

葡萄糖酸及其鹽類具有無毒、熱穩定性好和不易潮解等特點，在化工、食品、醫藥、輕工等行業有廣泛的用途。特別是在水泥外加劑方面，葡萄糖酸鈉可以作為減水劑和緩凝劑而被廣泛使用，并取得了良好的效果；在食品工業可用作營養增補劑、固化劑、緩沖劑等，現在人們已經以葡萄糖酸鈉為原料開發出高呈味的新型調味品。此外，由于葡萄糖酸具有優良的螯合性能還被廣泛用于水質處理、電鍍、金屬與非金屬的表面清洗及水泥生產等多種工業部門。目前，葡萄糖酸的年需求量已經超過50萬噸。

生產葡萄糖酸的方法主要有生物發酵法、均相化學氧化法、電解氧化法以及多相催化氧化法四種方法。均相化學氧化法的中間步驟多，副產物多，產物難于分離，而且成品中含有氯化鈉，使其在水泥外加劑方面的應用受到了限制；電解氧化法在生產中能耗大且不易控制；多相催化氧化法需要使用昂貴的催化劑，導致葡萄糖酸的生產成本居高不下。而微生物發酵法由于發酵速度快、發酵過程易于控制、產品易提取、生產穩定溫和、容易工業化生產等優點，而成為當前葡萄糖酸最主要的生產方法。

發酵生產葡萄糖酸的原料主要是葡萄糖、糖蜜及淀粉類物質。而當前的葡萄糖酸產量并不能滿足日益增加的對葡萄糖酸的需求，淀粉深加工企業的一味大規模擴建勢必會嚴重影響到國家的糧食安全。因此，尋求價格低廉且來源廣泛的葡萄糖酸生產原料是葡萄糖酸行業健康發展所面臨的首要問題。我國是農業大國，農林業廢棄物等木質纖維素原料的產量巨大，但大部分都被低效的焚燒浪費掉，不僅造成了巨大的資源浪費，而且導致了比較嚴重的環境和交通問題。而利用木質纖維素原料生產葡萄糖酸，則可以有效解決葡萄糖酸行業的原料來源問題，同時可以有效緩解當前的三農問題，為農業廢棄物的深加工提供新的出路。

生物轉化木質纖維素原料生產化學品，一般包括原料預處理、酶水解、發酵和產品分離等工序。木質纖維素原料經過預處理破壞了其致密結構，促進纖維素酶對纖維素的降解。但是，預處理過程產生有機酸類、醛類和酚類等抑制物。為了提高纖維素基質的可發酵性，發酵之前必須降低或完全脫除其中的抑制物。但是以木質纖維素為基質發酵生產葡萄糖酸存在許多技術難點，目前有關利用木質纖維素原料生產葡萄糖酸的報道中采用的方法多為多相催化氧化法。采用這些方法生產葡萄糖酸的過程中，需要用到大量的硫酸、氫氧化鈉等化學品，而催化劑多為Na₂Cu(OH)₄和金/磷鎢雜多酸銫鹽，這種方法雖然轉化率高，但是所用催化劑在循環次數有限，單位產品的催化劑消耗量高，變相增加了葡萄糖酸產品的生產成本。

本發明提供了以完全真實的木質纖維素物料為基質，采用發明人提出的預處理、糖化與發酵工藝生產高濃度葡萄糖酸。

【發明內容】

本發明目的在于拓展工業用葡萄糖酸發酵的發酵基質，使用價格低廉、資源豐富的木質纖維素，提供一種以木質纖維素為原料，通過糖化與發酵生產高濃度葡萄糖酸的方法。

本發明的構思：以木質纖維素為原料低成本高效生產葡萄糖酸，具體地說是首先進行木質纖維素原料的預處理，得到的原料進行脫毒或者不脫毒，然后經過以下兩種途徑生產葡萄糖酸：一、用纖維素酶酶解處理后的原料得到糖化液，然后接入葡萄糖酸生產菌株進行葡萄糖酸發酵；二、將處理后的原料、纖維素酶和葡萄糖酸生產菌株同時加入反應器中，通過同步糖化與發酵的方式生產葡萄糖酸。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：