[发明专利]一种乳酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质化学工程领域，具体地说，涉及一种以乙醇发酵残液和糠醛渣为原料，发酵制备乳酸的新方法。

背景技术

化石精炼可供给社会的主要能源和化学品，同时带来了严重的环境问题。随着化石原料的不断消耗及其不可再生性，开发生物质精炼是维持可持续社会发展的必然趋势。目前生物质精炼过程成本居高不下，其商业化应用局限于乳酸和燃料乙醇的生产，并且都是基于淀粉等粮食原料的炼制过程。燃料乙醇可以直接代替汽油、柴油等石油燃料，是即将枯竭的化石能源替代能源；乳酸则是一种多用途化学品，在多个行业中具有广泛应用。近年来由于将粮食原料用于燃料乙醇和化学品的生产从而导致粮食价格的上涨，加剧了世界粮食危机。因此当前世界各国提倡以非粮食原料进行生物质精炼，我国也明确强调发展非粮食基生物质精炼。目前工业采用发酵法实现转化碳水化合物得到燃料乙醇，而乳酸的工业化生产主要有化学合成法、酶法和微生物发酵法，我国多采用发酵法为主。

采用价廉易得的木质纤维原料来生产乳酸，不仅能大大拓展其生产原料的来源，降低原料成本，而且对解决粮食危机和减少环境污染有积极意义，其经济效益和社会效益十分明显。使用木质纤维原料生物质生产乳酸，其过程成本远高于使用淀粉生产乳酸，因此降低木质纤维原料基乳酸的生产成本意义重大。微生物发酵法生产乳酸，可通过菌种选育和培养条件的选择而得到具有专一性的L-乳酸、D-乳酸或DL-乳酸。目前乳酸发酵多采用传统的乳酸菌，这些乳酸菌发酵需要复杂的营养条件，额外的营养物质添加不仅提高了发酵成本，也降低纯化乳酸的经济性。此外木质纤维原料本身通常难以提供乳酸菌发酵所需要的营养物质，因此使用木质纤维原料进行乳酸发酵尤其需要添加大量营养物质来保证原料的转化率。因此研究关注使用廉价的天然含氮物质替代酵母浸出物，从而降低使用木质纤维原料进行乳酸生产的成本。

目前燃料乙醇生产主要采用淀粉基原料，近年来，世界各国提倡以非粮食原料进行燃料乙醇生产。但是无论采用何种原料，乙醇工业都会产生大量废液或者残渣，这些废液和残渣富含难以回用的酵母细胞和其它有机物。对于需要一定糖及营养输入的酵母，不回用乙醇工业所产生的残渣无疑会降低过程的经济性，对于其它有机物，不回用则会降低原料组分利用率。采用淀粉基原料进行的乙醇生产，发酵残渣富含纤维素和酵母细胞，通常用作动物饲料以增加收入，然而这也只能利用其中的酵母细胞而不能利用非淀粉类多糖；如果采用非粮食原料，尤其是木质纤维原料进行的乙醇生产，发酵残渣因为富含木质素，缺少高效的利用方式。

在糠醛生产(纤维原料蒸煮水解)过程中，伴有大量糠醛废渣产生，每吨糠醛产品排出10吨以上残渣，我国每年排放糠醛废渣约3000万吨。糠醛的生产大多采用弱酸水解法，在分离了大部分半纤维素的同时，原料原有的纤维素与半纤维素、木素之间的复杂网状结构遭到一定程度的破坏，可省去复杂的植物纤维原料预处理过程，为利用糠醛渣纤维素生物转化提供了有利条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种以乙醇发酵残液和糠醛渣为原料，发酵制备乳酸的新方法。

为了实现本发明目的，本发明的一种乳酸的制备方法，其是以乙醇发酵残液和糠醛渣为原料，接种乳酸菌，同时加入纤维素酶，发酵制备乳酸。其中，所述乙醇发酵残液是由粮食或纤维素原料经糖化发酵分离乙醇后剩余的残液，主要成分包括酵母细胞、未转化的纤维素、半纤维素、寡糖和单糖等。

接种时所用的乳酸菌为经过适应性培养的乳酸菌，适应性培养体系为：糠醛渣5g/l、KH₂PO₄0.5g/l、MgSO₄·7H₂O 0.5g/l、NaCl 0.1g/l和CaCO₃20g/l，pH值6.0，以水配制。适应性培养温度为32℃，培养时间36h。

发酵时乳酸菌接种浓度为1.0～1.5g/l，优选1.25g/l，纤维素酶用量为10～20FPU/g糠醛渣，优选15FPU/g糠醛渣；发酵温度38～42℃，发酵时间108～120h，优选120h，控制发酵液pH值5.5～6.5。

本发明利用乙醇发酵残液作为乳酸发酵的氮源，以纤维素聚合度低、结构松散的糠醛渣为原料，采用经过适应性培养的乳酸菌及纤维素酶进行纤维素的同步糖化发酵转化同时制备乳酸。