[发明专利]一种利用木质纤维素原料制备衣康酸的方法

说明书

本发明公开了一种利用木质纤维素原料制备衣康酸的方法。其主要步骤如下：对木质纤维素原料进行预处理；经酶解糖化获得可发酵糖；利用低浓度的木质纤维素水解液培养土曲霉作为种液，接种于高浓度水解液中进行衣康酸发酵。本发明的突出优点是利用木质纤维素为原料代替葡萄糖等碳源发酵生产衣康酸，降低了衣康酸的生产成本，对环境友好，提高了衣康酸生产过程的经济性。

技术领域

本发明涉及一种以木质纤维素为原料，利用微生物发酵生产衣康酸的方法，属于生物工程技术领域。

背景技术

衣康酸学名为甲叉琥珀酸、亚甲基丁二酸，是世界上第五大有机酸。由于分子内存在一个不饱合双键和两个活泼的羧基,使得衣康酸能够进行加成、聚合反应,形成聚合高分子,其中尤其重要的是衣康酸的酯化反应。标准的酯化反应能够产生衣康酸二酯,且产率很高。衣康酸酯类是合成树脂、塑料、增塑剂的重要原料；另外,衣康酸与胺类反应生成的N-烃基吡咯烷酮是一类重要的化合物。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、除垢剂、粘着剂等工业原料,广泛用于化工行业。

衣康酸的生产方法有化学合成法、柠檬酸分解法和微生物发酵法。其中微生物发酵法由于原料来源广泛、成本低、生产条件温和，是目前国内外生产衣康酸的主要方法。衣康酸发酵的使用的原料是糖类原料，如例如葡萄糖、蔗糖、糖蜜、乳糖等，以及淀粉类原料，如马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、西米淀粉的水解液。而淀粉主要是由24～30个葡萄糖残基以α-1,4-糖苷键或α-1,6-糖苷键连接而成，因此水解液的主要成分是葡萄糖。就主要发酵微生物土曲霉(A.terreus)来说，单糖的衣康酸产率要高于多糖，葡萄糖的衣康酸产率最高，但是就工业生产来说太过昂贵，为了降低成本并从原料来源和环境保护的角度出发，开发来源广、价格低的可再生原料正成为衣康酸微生物发酵领域的研究重点。到目前为止以木质纤维素资源发酵生产衣康酸的研究少有报道，这主要是因为木质纤维素的水解液主要是葡萄糖和木糖的混合糖液，而土曲霉对木糖的利用率较葡萄糖低，在总糖浓度相同的情况下，有木糖存在时，产酸能力较单一葡萄糖碳源低。并且木质纤维素水解液中常含有甲酸、糠醛、羟甲基糠醛、锰离子等不利于发酵的抑制因素，同时预处理过程中会引入过多的磷或氮元素，而土曲霉对某些抑制物相当敏感并且对营养物质的需求较高，因此木质纤维素水解液一般不适合用于衣康酸的发酵。

发明内容

本发明旨在提供一种利用木质纤维素为原料发酵生产衣康酸的方法。

本发明的技术方案为：一种利用木质纤维素原料制备衣康酸的方法，木质纤维素原料预处理后，经酶解糖化获得木质纤维素可发酵糖液，利用低浓度的木质纤维素可发酵糖液培养土曲霉作为种液；利用高浓度的木质纤维素可发酵糖液为碳源接种土曲霉发酵制备衣康酸。

所用木质纤维素原料为竹子或橡子壳。

原料的预处理，所述预处理方法是指稀酸、稀碱、蒸汽爆破的一种或几种联合预处理。

酶解糖化时以超纯水替代缓冲溶液。

酶解时选用纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶的混合酶，在温度48～50℃，pH为4.8～5.0的条件下，震荡水解48～72h。

所述的土曲霉是土曲霉AtYSZ-38，在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC No.11039。

所述的利用低浓度的木质纤维素可发酵糖液培养土曲霉作为种液，其中所使用的种液培养基组成为：以葡萄糖计木质纤维素可发酵糖浓度为10～20g/L、(NH4)₂SO₄ 3～5g/L、MgSO₄ ·7H₂O 0.5～1.0g/L、KH₂PO₄ 0.5～1.0g/L、玉米浆0.5～1.0g/L、调pH为3.0～3.5。