[發明專利]一種發酵原料中水溶性糖提高纖維素乳酸產量的方法

在審

• 申請號: 201810328434.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN110373434A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 鮑杰;韓昫身;張建
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12P7/56
• 分類號: C12P7/56;C12R1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種發酵原料中水溶性糖提高纖維素乳酸產量的方法。水溶性糖在玉米秸稈、麥稈、稻草等木質纖維素原料中廣泛存在，含量約為2％?10％。然而，水溶性糖在常規生物煉制過程中難以利用，大部分在預處理工段降解為羥甲基糠醛、乙酰丙酸等抑制物，或在抑制物脫除工段進入廢水物流。本發明在原料進行生物煉制之前的儲存期進行固態發酵，將其中的水溶性糖轉化為乳酸；然后采用全程無水相流出的干法生物煉制技術，依次進行干酸預處理、生物脫毒、酶促糖化與發酵生產乳酸。在此干法生物煉制過程中，水溶性糖固態發酵得到的乳酸保持穩定，有效提高了乳酸基于木質纖維素原料的發酵得率，并降低了預處理過程抑制物的生成和脫毒工段的強度。

【技術領域】

本發明涉及木質纖維素生物煉制領域，是一種發酵原料中水溶性糖提高纖維素乳酸產量的方法。

【背景技術】

木質纖維素原料中往往含有一定含量的水溶性糖，以玉米秸稈為例，其中的水溶性葡萄糖和果糖含量一般大于2％，這些糖由植物葉片或莖干細胞中葉綠體通過光合作用合成，主要用于維持種子淀粉合成。而在木質纖維素生物煉制過程中，這些水溶性糖通常在預處理過程中被降解。以目前木質纖維素原料主流的預處理方法如稀酸預處理及蒸汽爆破預處理為例，其原理是利用高溫高壓下的酸性環境水解半纖維素，進而破壞木質纖維素材料的結構，提高后續酶解過程中纖維素的轉化率，而在這種條件下，水溶性糖容易被降解為5-羥甲基糠醛，造成資源的極大浪費，這成為了制約木質纖維素原料綜合利用的一個挑戰。如果能在預處理之前對這些水溶性糖進行有效利用，將水溶性糖轉化得到的產品與后續生物煉制過程利用纖維素半纖維素生產的產品相整合，將提高基于每噸干秸稈原料的產品得率，同時大幅降低預處理過程中產生的抑制物，從而降低生物煉制后續工序的復雜程度，對木質纖維素生物煉制行業產業化應用起到推動作用。

乳酸是一種重要的工業化學品，它廣泛運用于食品、醫藥、皮革以及紡織業。世界上90％的商用L-乳酸都是由玉米淀粉類原料進行發酵得到的，而玉米淀粉原料的成本約占總發酵成本的70％。因此，亟需找到一種廉價的原料替代淀粉類原料進行乳酸生產。木質纖維素原料是一種價格低廉、來源廣泛的可再生生物質能源，利用廉價、含量豐富的木質纖維素原料將會大大減少乳酸生產成本。

對于干法稀酸預處理而言，由于預處理過程固含量高(50％以上)，且無游離酸液存在，預處理后無水洗脫毒過程，也就為水溶性糖的轉化利用奠定了基礎。首先在原料儲存階段將水溶性糖轉化為耐熱性更強的乳酸鹽，同時降低原料pH，有效避免染雜菌。在預處理過程中，這些乳酸可以有效保留，最終提高了木質纖維素乳酸的發酵指標，對以木質纖維素為原料的乳酸生物煉制產業具有明顯的推動作用。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種發酵原料中水溶性糖提高纖維素乳酸產量的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種發酵原料中水溶性糖提高纖維素乳酸產量的方法，其具體步驟為：

(1)將木質纖維素原料粗切、除砂石及粉碎，調節固體含量并接種乳酸菌，以木質纖維素物料所含的水溶性糖為底物進行乳酸固態發酵；(2)將步驟(1)得到的固態發酵后的木質纖維素物料進行干酸預處理；(3)將步驟(2)得到的預處理后物料進行固態生物脫毒；(4)將步驟(3)得到的預處理和脫毒后的木質纖維素物料進行酶促糖化和厭氧發酵生產乳酸。

本發明的優點：乳酸厭氧固態發酵簡單易行，可以在原料儲存階段將水溶性糖轉化為熱穩定性較強的乳酸，避免水溶性糖在后續酸預處理階段降解為5-羥甲基糠醛；充分利用了木質纖維素原料中存在的水溶性糖，提高了木質纖維素基乳酸的發酵指標，基于玉米秸稈物料的乳酸得率提高近10％。

【附圖說明】

圖1乳酸固態發酵工藝的應用對木質纖維素乳酸同步糖化共發酵性能影響；

【具體實施方式】