[发明专利]从发酵法生产衣康酸产生的土曲霉废菌丝体中提取壳聚糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种提取壳聚糖的方法，尤其涉及到利用衣康酸发酵产生的土曲霉废菌丝体提取壳聚糖的方法，属于工业废弃物资源化利用技术领域。

背景技术

衣康酸(Itaconic acid)又称为甲叉丁二酸、亚甲基琥珀酸，衣康酸及其酯类是生产腈纶等化纤、合成树脂、塑料、橡胶、药物、表面活性剂、无毒食品包装材料、除草剂、乳胶、除垢剂、粘合剂等的重要工业原料，是一种应用前景十分广阔的化学合成中间体，广泛应用于化工、医药、造纸、纺织、印刷等领域。

衣康酸生产方法主要有发酵法和化学合成法，参见刘建军，衣康酸发酵的研究[P]，天津科技大学博士论文，2003。发酵法原料来源丰富、生产条件温和、易于控制、产品成本相对较低，在经济上占有一定优势，因此，国际上多采用该方法；化学合成法又根据采用的原料不同，主要分为柠檬酸合成法和石油化工产品合成法，由于化学合成法存在许多不足，到目前为止这一工艺方法尚没有应用于衣康酸的工业化生产。

发酵法生产衣康酸是以糖类为主要原料，补充适当的氮源和无机盐，控制适宜的温度等条件，利用衣康酸生产菌种土曲霉转化葡萄糖生成衣康酸，发酵液经除杂、提取、精制等工序制备成品衣康酸。我国发酵法生产衣康酸是在上世纪末才研究成功的新技术，在衣康酸发酵过程中，土曲霉的繁殖、菌丝体的积累是衣康酸发酵生产必需的，但发酵结束后形成的土曲霉废菌丝体的处理技术一直是人们关注的问题，尤其是环境友好意识以及资源利用意识的加强，工业废弃物资源化利用技术的研究已引起广泛重视。

废菌丝体作为发酵行业的主要固体废渣，数量巨大。早期的处理方案主要是直接作为饲料、锅炉焚烧或丢弃，由于多数废菌丝体成分复杂、具有异味、适口性差，直接作为饲料效果不好，锅炉焚烧或丢弃造成了资源浪费和环境污染。而废菌丝体中含有多种有用的成分，进行有效的分离，可以提高其附加值，废菌丝体的资源化利用技术在柠檬酸、啤酒行业等行业的研究参见曹健，黑曲霉几丁质和壳聚糖的研究[M].微生物学通报，1995，22(4)：200-203.和陈忻等，用丝状真菌制备壳聚糖的研究[M].精细化工，2000，3：133-135，和李浪等，从柠檬酸生产废渣中提取壳聚糖的研究[M].粮食流通技术，2004，1：40-42。

几丁质是N-乙酰-D-葡萄糖胺以β-1，4糖苷键连接起来的直链多聚物，又称甲壳质或甲壳素，几丁质在自然界的储量位居第二，仅次于纤维素，几丁质是白色或灰白色无定型、半透明固体，不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱和一般有机溶剂，可溶于浓盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸。无论是天然存在的几丁质还是人工制备的几丁质，并不是每个糖基上都有N-乙酰基，几丁质分子中糖基与N-乙酰基结合的程度以N-乙酰度表示，通常，N-乙酰度低于55％称为壳聚糖，N-乙酰度大于55％称为几丁质，参见MuzzarelliR.A.A.Chitin[M]，Oxford：Perga-monPree，1977。壳聚糖由于分子内含有活泼的羟基和氨基等基团，可发生多种化学反应，并具有很好的生物相容性、吸湿性、吸附性、成膜性和保湿性，无毒、易生物降解，在医药、农业、环保、纺织、印染、造纸、生物发酵等领域具有广泛的用途，参见苏海佳等，交联菌丝体吸附剂的制备及其对Cr³⁺的吸附性[M].环境污染治理技术与设备：2005，8：10-13。几丁质广泛存在于海洋节肢动物(如虾、蟹)的甲壳和植物、某些微生物的细胞壁中，如丝状真菌中的黑曲霉、土曲霉等。目前壳聚糖主要从虾、蟹壳中提取得到，市场价格非常昂贵。

衣康酸发酵产生的土曲霉菌丝体是衣康酸生产中主要的固体废渣，板框压榨的湿渣占总发酵液的2％(W/V)，含水50％左右。由于废菌丝体中含有少量残留衣康酸，适口性差，不能直接作为动物饲料，目前衣康酸工厂所采用的主要处理方式是锅炉烧掉或空场堆放，待风干后集中填埋，由于菌体自溶并产生恶臭，尤其是夏季，环境污染严重。土曲霉属于真菌类，菌体细胞壁的主要成分是壳聚糖或几丁质，约占菌体干重的20％左右。以土曲霉衣康酸发酵废菌丝体为原料提取生产壳聚糖，不但为工业废水处理提供高效絮凝剂，为医药、食品和化工行业提供重要的原料，而且还为衣康酸发酵工厂解决固体废渣的污染，变废为宝，实现循环经济开辟了一条新途径，具有重要的社会效益、经济效益和环境效益。

发明内容

为实现衣康酸发酵中产生的土曲霉废菌丝体的资源化利用，提高其利用价值，减少污染，本发明提供一种利用土曲霉废菌丝体提取壳聚糖的方法。本发明方法可以实现从土曲霉衣康酸发酵废菌体提取壳聚糖，壳聚糖提取率达到12％以上(相对干菌丝体计)。