[发明专利]利用农林废弃物制备木糖醇的清洁生产方法

摘要

本发明公开了利用农林废弃物制备木糖醇的清洁生产方法，包括以下步骤：对农林废弃物原料进行粉碎、除尘、水洗预处理；对得到的农林废弃物颗粒进行浸泡处理；对处理过的农林废弃物颗粒进行高温蒸煮处理；对处理后得到的体系进行中和或过中和处理；对处理后得到的体系进行固液分离，得到的液体成分进行活性炭或离子交换树脂的脱色脱毒处理；对处理后的液体成分进行浓缩处理，得到较高浓度的蒸煮液用于木糖醇发酵；筛选和选育出以为底物发酵生产木糖醇的高产菌株；发酵生产木糖醇。本发明是一条生产木糖醇的新型清洁工艺，工艺较为简单，易于操作，有利于产品的纯化及产品质量的控制。

主权项

1.利用农林废弃物制备木糖醇的清洁方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对农林废弃物原料进行粉碎、除尘、水洗预处理；2)对1)得到的农林废弃物颗粒进行浸泡处理方法一使用稀酸浸泡：所使用的稀酸浸泡液为质量分数为0.05-0.5％的稀硫酸、稀盐酸或者稀磷酸其中的一种或者混合，在30-100℃下浸泡农林废弃物颗粒8-48h，然后通过水洗调节体系的pH值至5.0-6.0，或通过加入质量分数为0.5-2％的氨水或氢氧化钠其中的一种或者混合进行中和来调节体系pH值至6.0-7.0；方法二使用稀碱浸泡：所使用的稀碱浸泡液为质量分数为0.5-4％的氨水或氢氧化钠其中的一种或者混合，在30-100℃下浸泡农林废弃物颗粒8-48h，然后通过水洗调节体系pH值至7.5-8.5，或通过加入质量分数为0.5-2％稀硫酸，稀盐酸或者稀磷酸其中的一种或者混合进行中和来调节体系pH值至6.0-7.0；方法三使用水浸泡使用自来水浸泡，在30-100℃下浸泡农林废弃物颗粒8-48h；3)对2)处理过的农林废弃物颗粒进行高温蒸煮处理步骤2)经过水洗方式来调节pH值的体系固液分离后得到的农林废弃物或经中和方式调节pH值的体系置入反应装置后加入水，使液体与固体比为5-20并调节初始pH为4.0-7.0，蒸煮，蒸煮温度为140℃-200℃，搅拌转速为80-150rpm，工作压力为0.6-1.2Mpa，时间为0.5-3h，趁热蒸汽放出，蒸汽量为每分钟0.1Kg，当蒸煮体系冷却至40℃以下时，将蒸煮液连同水解渣一并从反应釜底部排出收集；4)对3)处理后得到的体系进行中和至pH6.0-7.0或过中和至pH8.0-9.0再用浓度为1M的磷酸或盐酸中的一种或两种调回至pH6.0-7.0，中和或过中和采用浓度为1M的石灰乳、碳酸钙、氨水或氢氧化钠溶液其中的一种或者几种；对处理后得到的体系进行固液分离，得到的液体成分进行活性炭或/和离子交换树脂的脱色脱毒处理；5)对4)处理后的液体成分进行浓缩处理，得到木糖浓度300g/L的蒸煮液；6)用热带假丝酵母筛选和选育出以5)为底物发酵生产木糖醇的高产菌株(1)首先菌体对蒸煮液发酵适应性驯化将原始热带假丝酵母菌种从保存斜面上接入含步骤(5)10％体积蒸煮液和90％的纯木糖溶液混合液体驯化培养基中，待菌体生长至最终细胞干重7.0g/L，再采用上次驯化液转接至下次驯化液的方式接种，采用体积为10％的菌体转接量到下一批含体积20％步骤(5)的蒸煮液和80％的纯木糖溶液液体驯化培养基含中，照此方式不断提高液体驯化培养基中蒸煮的含量，每批增加蒸煮液含量0-10％，直至菌种在含100％蒸煮液和0％的纯木糖溶液液体驯化培养基中能进行良好的生长至最终细胞干重约7.0g/L和正常的发酵生产木糖醇产率60％-70％；(2)对高浓度蒸煮液底物发酵适应性驯化将菌种从保存斜面上接入底物浓度驯化培养基即含木糖80g/l蒸煮液中，在30℃，转速为200rpm下培养24h，待菌体在驯化培养基中使最终细胞干重7.0g/L，再采用上次驯化液转接至下次驯化液的方式接种10％的菌体转接到下一批驯化培养基即含木糖90g/l的蒸煮液中，照此方式不断提高驯化培养基中蒸煮液的底物浓度的含量，每批增加底物浓度0-10g/l，直至菌种在驯化培养基含木糖140g/l的蒸煮液中使最终细胞干重7.0g/L；上述过程中需要添加酵母粉6-10g/L，KH₂PO₄：3-6g/l，MgSO₄·7H₂O：0.3-0.6g/l，(NH₄)₂HPO₄：2-4g/l；7)木糖醇发酵过程(1)摇瓶种子培养：摇瓶种子培养基在115℃的条件下蒸汽灭菌30min。待摇瓶内种子培养基的温度降至30℃左右时，从斜面培养基上挑取发酵菌种接入到摇瓶中进行种子培养，摇瓶内种子培养的最优工艺为：装液量为80～100/500mL，35～45/250mL，温度为30℃，初始pH为自然(5.5～6.5)，转速为200rmp，培养时间为18～22h，此时细胞的干重为3-5g/L；或种子罐种子培养：在容积为2.5L，装液量在1.2-1.5L的发酵罐内进行。将种子罐种子培养基在115℃的条件下蒸汽灭菌30min，待罐内种子培养基的温度降至30℃时，将上述经过摇瓶培养的种子液接种到种子罐中进行种子扩大培养，摇瓶转入种子罐内的接种量为5-15％(体积分数)，30℃进一步培养15-25h，此时细胞的干重为3-5g/L，通气量为0.5-1.0vv^-1m^-1，搅拌转速150-300rpm；(2)摇瓶发酵过程：将摇瓶或发酵罐发酵培养基在115℃的条件下蒸汽灭菌30min，待摇瓶内发酵培养基的温度降至30℃时，将摇瓶内的种子液接到发酵培养基中，装液量为40-80ml/250ml，接种量为5-15％(体积分数)，在30℃的摇床内培养40-50h；在发酵过程中可采用恒定溶氧调控、两步溶氧调控或三步溶氧对摇瓶内溶氧水平进行控制，恒定溶氧调控维持摇床转速在150-250rpm，直至40-46h后发酵结束；两部溶氧调控在发酵的前期维持摇床转速在180rpm-250rpm，当菌体湿重达到20-30g/L，调节摇床转速在100-200rpm，直至42-48h发酵结束；三步溶氧调控是在发酵的前期维持摇床转速在180rpm-250rpm，当菌体浓度达到15-25g/L，调节摇床转速在120-200rpm，当菌体浓度达到20-30g/L，调节摇床转速在100-170rpm，直至发酵结束；或发酵罐发酵过程：将发酵罐发酵培养基在115℃的条件下蒸汽灭菌30min，待罐内发酵培养基的温度降至30℃时，将种子罐内的种子液泵入到发酵罐中，接种体积为发酵体积的5-15％，维持发酵罐内温度25-35℃，添加缓冲盐调节罐内发酵液pH在4.0-6.0；在发酵过程中可采用恒定溶氧调控、两步溶氧调控或三步溶氧调控，恒定溶氧调控控制通气量恒定为0.8vv^-1m^-1，转速为200-300rpm，发酵时间为36-42h；两步法溶氧调控在发酵前期调节罐内通气量为0.8-1.2vv^-1m^-1，转速为200-300rpm，当菌体湿重达到20-35g/L时，调节罐内通气量为0.2-0.6vv^-1m^-1，转速为150-250rpm，36-44h时发酵结束；三步法溶氧调控控制在发酵前期调节罐内通气量为1.0-1.2vv^-1m^-1，转速为200-300rpm，当菌体湿重达到20-35g/L时，调节罐内通气量为0.5-0.8vv^-1m^-1，转速为200-250rpm，当菌体湿重达30-40g/L时，调节罐内通气量为0.2-0.4vv^-1m^-1，转速为150-200rpm，38-44h时发酵结束；上述斜面培养基成分为：含木糖浓度为300g/L的蒸煮液：占培养基体积10％，葡萄糖：20g/L，酵母膏：5g/L，玉米浆5g/L，琼脂20g/L，其余为水；摇瓶种子培养基成分为：含木糖浓度为300g/L的蒸煮液：占培养基体积10％，葡萄糖：20g/L，酵母膏：5g/L，玉米浆5g/L，KH₂PO₄：2.5g/L，MgSO₄·7H₂O：0.5g/L，其余为水；种子罐培养基成分为：含木糖浓度为300g/L的蒸煮液：占培养基体积10％，葡萄糖：10g/L，酵母膏：3g/L，玉米浆3g/L，KH₂PO₄：2.5g/L，MgSO₄·7H₂O：0.5g/L，其余为水；发酵培养基：含木糖浓度为300g/L的蒸煮液：占培养基体积40％-60％，酵母膏：8-10g/L，玉米浆4-5g/L，KH₂PO₄：2-4g/L，(NH₄)₂HPO₄：2-4g/L，MgSO₄·7H₂O：0.4-0.8g/L，其余为水；缓冲盐选自乙酸、氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、磷酸、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的一种或几种组合。