[發明專利]利用煙草廢棄物生產高濃度L-型乳酸的方法

在審

• 申請號: 201611184877.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108203693A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 陳奎;陳毅;張健榮;何震
• 申請（專利權）人: 重慶恒遠晉通科技有限公司
• 主分類號: C12N1/14
• 分類號: C12N1/14;C12P7/56;C12R1/845
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 黎昌莉

本發明屬于生物發酵領域，涉及以米根霉利用高固體含量的煙草廢棄物同步糖化發酵生產高濃度L?型乳酸的方法。具體為：取煙草廢棄物，加入纖維素酶和果膠酶進行液化，得液化底物，滅菌后，加入纖維素酶和本發明的米根霉種子培養基培養所得的米根霉菌體，進行同步糖化發酵，得L?型乳酸。所述米根霉種子培養基為添加了葡萄糖和維生素C的煙草廢棄物萃取液。這種種子培養基能夠代替昂貴的傳統葡萄糖種子培養基并能有效提高固定化米根霉的木糖代謝水平。本發明的方法減少了高固體含量發酵中93％的液體粘稠度并使得后續的同步糖化發酵縮短了40.0％的發酵時間和提高了66.2％的L?型乳酸最終濃度。

技術領域

本發明屬于生物發酵領域，涉及以米根霉利用高固體含量的煙草廢棄物同步糖化發酵生產高濃度L-型乳酸的方法。

背景技術

我國是全球第一煙草種植大國也是全球第一煙草產品消費大國，每年卷煙消費接近4000萬箱，將近占世界總消費的四分之一。在這巨量的煙草消費背后，是數量巨大的煙草廢棄物的產生：卷煙工業多采用煙葉的邊緣部分做為卷煙生產的原料，而剩余部分則被廢棄。煙草廢棄物產量占了煙葉總產量的三分之一強，包含了煙草行業在從種植到制作煙草產品過程中所產生的所有來自于煙草植株的固體廢棄物，比如種植過程中的報廢煙葉，收獲以后留在田間的煙桿，烤煙過程中被淘汰的次級煙和煙梗，陳化過程中的發霉煙葉以及加工過程中煙葉剪切后剩下的煙末，如圖1所示。這些廢棄物的共同點為都含有潛在基因毒性的尼古丁。這種有毒廢棄物因為其極易污染地下水資源而被禁止填埋處理。傳統的處理方式就是像小麥秸稈一樣焚燒處理，這種處理方式不但浪費了寶貴的煙草生物資源而且會產生新的污染，將煙草廢棄物轉化為高價值的產品不但能夠有效的利用寶貴的生物資源，也符合我國對有機廢棄物所出的資源化和無害化的要求。

煙草廢棄物的主要特征是其含有極高比例的可溶水的有機物(～40％)，這些有機物中包含了許多高價值的成份如蛋白質、氨基酸、還原糖、煙酸等等，是微生物生長極佳的營養來源。另一方面，煙草廢棄物的不可溶部分中含有大量細胞壁物質：纖維素(～20％)、半纖維素(～10％)、果膠(～12％)和木質素(～12％)，其中纖維素、半纖維素和果膠都能被水解成為可發酵的單糖。如何科學合理的利用這些組分，將是綜合和高效利用煙草廢棄物的關鍵。

L-型乳酸是一種重要的微生物代謝產物，在許多領域如食品，制藥，材料合成等方面都有不可替代的作用。近年來，由于L-型乳酸能夠作為擁有多種優秀醫學性能的生物材料聚乳酸的主要構成原料，其需求量與日俱增。米根霉是目前實現工業化生產L-型乳酸最有前途的菌種之一，由于其擁有許多發酵優點：(a)能夠生產生產幾乎百分之百光學純的L-型乳酸；(b)相比細菌對培養基要求不高；(c)不易被污染；(d)其菌絲可以作為菌體蛋白成為一種有價值的副產物以及(e)自身能夠生產淀粉酶，可以直接利用淀粉類物質發酵產乳酸。在實際工業生產中，米根霉主要都是利用高淀粉物質作為發酵底物生產乳酸，如土豆，玉米等等。同時，米根霉的發酵前需要一個種子培養階段為其孢子的發芽生長提供豐富的碳源和氮源，以便在發酵的開始階段就有足夠的成熟的米根霉細胞來生產乳酸。由于其能夠被迅速吸收并提供大量的能量，目前主要使用的種子培養氮源為葡萄糖。

然而，隨著全球糧食危機的日益加劇，使用淀粉類物質和單糖生產乳酸這種與人爭糧的生產方式已經越來越難以為繼。由于我國是一個人少地多的國家，糧食問題始終是我們國家最最重要的問題，再使用傳統方式生產L-型乳酸已經顯得越來越不合時宜。我國的L-型乳酸行業和聚乳酸生產企業都遠遠落后于國際水平，并且大量依賴于進口。近年來，將富含纖維素的農工業廢棄物糖化為單糖，再利用這些可發酵單糖生產L-型乳酸已經成為一個研究熱點。由于煙草廢棄物的高纖維素含量和低木質素含量，煙草廢棄物能夠通過糖化反應為乳酸發酵提供大量的可發酵糖。利用米根霉從煙草廢棄物中生產L-型乳酸是另外一條吸引人的工藝路線。圖2為利用米根霉將煙草廢棄物轉化為乳酸的常用流程。