(10)申请公布号 CN 102586348 A
(43)申请公布日 2012.07.18C N 102586348 A
*CN102586348A*
(21)申请号 201110007649.2
(22)申请日 2011.01.14
C12P 7/56(2006.01)
(71)申请人华东理工大学
地址200237 上海市徐汇区梅陇路130号
(72)发明人鲍杰 楚德强 赵凯 张建
董宏伟
(74)专利代理机构上海翼胜专利商标事务所
(普通合伙) 31218
代理人
翟羽
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开一种木质纤维素为原料低成本高
效生产乳酸的方法，具体地说是从木质纤维素分
离并保存的乳酸片球菌，液体培养乳酸片球菌获
得作为种子的细胞菌体，接种于高木质纤维素含
量的反应器中，加入纤维素酶，进行同步糖化和高
温发酵生成乳酸；或首先进行木质纤维素的纤维
素酶糖化获得含糖的水解液，然后用水解液进行
高温乳酸发酵获得乳酸；或者乳酸片球菌和木质
纤维素原料混匀，首先进行固态培养，然后再把包
含有乳酸片球菌的木质纤维素原料加入发酵罐，
加入纤维素酶，实现同步糖化和高温发酵产乳酸。
本发明采用独特的发酵工艺和微生物，产品浓度
高、过程简单、成本低廉，特别以木质纤维素为原
料，具有广阔的生产空间和发展前景。
(51)Int.Cl.
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页
1. 一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理木质纤维素，所述预处理是指稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破中的一种；
（2）利用液体培养基培养乳酸片球菌，所述乳酸片球菌从木质纤维素中分离并保存；
（3）步骤（2）获得的乳酸片球菌接种于含有步骤（1）获得的木质纤维素的发酵罐中，在所述发酵罐中加入纤维素酶并接种乳酸片球菌，进行同步糖化与高温发酵生成乳酸。
2. 一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理木质纤维素，所述预处理是指稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破中的一种；
（2）利用液体培养基培养乳酸片球菌，所述乳酸片球菌从木质纤维素中分离并保存；
（3）步骤（2）获得的乳酸片球菌接种于高糖浓度的木质纤维素水解液中发酵产乳酸，所述高糖浓度的木质纤维素水解液通过以下方式获得，在发酵罐中加入步骤（1）获得的木质纤维素、纤维素酶以及水，糖化48～96 h，离心分离糖化后的浆液，获得的上清液即为高糖浓度的木质纤维素水解液。
3. 根据权利要求1或2所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述步骤（2）
中液体培养基组分为10～50g/L 葡萄糖，1～10g/L 酵母粉，1～20 g/ L 蛋白胨，液体培养乳酸片球菌25～45℃，50～500rpm，培养12～36小时，OD
值达到
600
1～4。
4.一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理木质纤维素，所述预处理是指稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破中的一种；
（2）乳酸片球菌和步骤（1）获得的木质纤维素混匀，进行固态培养，所述乳酸片球菌从木质纤维素中分离并保存；
（3）将步骤（2）获得的混有乳酸片球菌的木质纤维素加入发酵罐，同时加入纤维素酶，同步糖化发酵产乳酸。
5. 根据权利要求4所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述步骤（2）中固态培养的条件为，培养温度20～35℃，物料含水质量分数为30～70%，物料pH 4.5～
6.5。
6. 根据权利要求1、2、4任一所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，步骤（1）获得的预处理的木质纤维素经过脱毒处理，所述脱毒是指生物脱毒、水洗或者过碱处理中的一种。
7. 根据权利要求6所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述生物脱毒是指在向木质纤维素中接入乳酸片球菌的同时或之前，接入具有脱毒能力的霉菌。
8. 根据权利要求1、2、4任一所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，步骤（3）中发酵条件为，发酵温度35～50℃， pH 4.5～6.5，发酵时间24～96小时，在发酵罐中木质纤维素的质量分数为10～40%，纤维素酶为1～30 FPU/g DM。
9. 根据权利要求1、2、4任一所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，步骤（3）获得的乳酸包括游离态的乳酸或者调节发酵pH所生成的乳酸盐，所述
乳酸盐包括乳酸钠、乳酸钙或者乳酸铵中的一种或几种。
10. 根据权利要求1、2、4任一所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述木质纤维素指玉米秸秆、小麦秆、稻草、棉花秆、能源植物、木头、木屑、废纸和农林业废弃物中的
一种或几种。
11. 根据权利要求1、2、4任一所述的一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述乳酸片球菌为Pediococcus acidilactici DQ2。
一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及生物基化学品的生物制造和生物炼制领域，具体地说，涉及一种利用玉米秸秆等木质纤维素原料经过糖化和发酵生产高浓度和高光学纯度乳酸的方法。
背景技术
[0002] 乳酸在食品、医药、饮料及化工行业都有广泛应用，特别是当前以乳酸为单体聚合制备的聚乳酸材料，具有优异的性能，能够替代塑料，是一种完全可降解的生物材料。聚乳酸产品是生物炼制领域的典型例子，是第一个完全可降解并进入市场的生物材料，如美国NatureWorks聚乳酸材料。随着石化资源的减少，及人类对环境友好社会的追求，乳酸作为能够生产可降解生物材料的单体，它的大量低成本生产有巨大的意义和前景。
[0003] 乳酸最初的生产来自于化工合成，但是，因为合成法不易得到纯乳酸单体，随着市场需求增加，合成法逐步被具有一定优势的生物发酵法取代。发酵生产乳酸原料主要是乳清、糖蜜及能生成糖的淀粉类物质。正如作为液体燃料替代品的乙醇，以淀粉类物质发酵不能满足大规模需求，同时，淀粉类物质大量工业应用也影响粮食安全。随着聚乳酸作为可再生可降解材料的市场需求量增加，寻求更广泛的生物质资源用于乳酸发酵成为必然。[0004] 农林业废弃物等木质纤维素是最丰富的可再生碳水化合物资源，利用木质纤维素原料发酵生产乳酸是一个极具前景的产业。同时，乳酸发酵能够利用当前纤维素乙醇发酵的技术，提供基于生物质炼制的高附加选择。木质纤维素原料制造产品，一般包括原料预处理，酶水解，发酵和产品分离。纤维素原料经过预处理破坏了木质纤维素结构，促进纤维素酶对纤维素的降解。但是，预处理过程产生有机酸类、醛类和酚类等抑制物。为了提高纤维素基质的可发酵性，发酵之前必须降低或完全脱除其中的抑制物。因为以木质纤维素为基质发酵存在许多技术难点，发酵生产乳酸的相关研究和应用较少，即使有报道也存在乳酸浓度低，添加营养多，生产成本高等问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种使用价格低廉、资源丰富的木质纤维素糖化与发酵生产高浓度和高光学纯度乳酸的方法。
[0006] 为实现以上目的，本发明公开以下技术方案：
方案一：一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：
（1）预处理木质纤维素，所述预处理是指稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破中的一种；
（2）利用液体培养基培养乳酸片球菌，所述乳酸片球菌从木质纤维素中分离并保存；
（3）步骤（2）获得的乳酸片球菌接种于含有步骤（1）获得的木质纤维素的发酵罐中，在所述发酵罐中加入纤维素酶并接种乳酸片球菌，进行同步糖化与高温发酵生成乳酸。[0007] 方案二：一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：（1）预处理木质纤维素，所述预处理是指稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破中的一
种；
（2）利用液体培养基培养乳酸片球菌，所述乳酸片球菌从木质纤维素中分离并保存；
（3）步骤（2）获得的乳酸片球菌接种于高糖浓度的木质纤维素水解液中发酵产乳酸，所述高糖浓度的木质纤维素水解液通过以下方式获得，在发酵罐中加入步骤（1）获得的木质纤维素、纤维素酶以及水，糖化48～96 h，离心分离糖化后的浆液，获得的上清液即为高糖浓度的木质纤维素水解液。
[0008] 方案一或二中，步骤（2）中液体培养基组分为10～50g/L 葡萄糖，1～10g/L 酵母粉，1～20 g/L 蛋白胨，液体培养乳酸片球菌25～45℃，50～500rpm，培养12～36小值达到1～4。
时，OD
600
[0009] 方案三：一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：（1）预处理木质纤维素，所述预处理是指稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破中的一种；
（2）乳酸片球菌和步骤（1）获得的木质纤维素混匀，进行固态培养，所述乳酸片球菌从木质纤维素中分离并保存；
（3）将步骤（2）获得的混有乳酸片球菌的木质纤维素加入发酵罐，同时加入纤维素酶，同步糖化发酵产乳酸。
[0010] 步骤（2）中固态培养的条件为，培养温度20～35℃，物料含水质量分数为30～70%，物料pH 4.5～6.5。
[0011] 作为一个优选，以上方案中，步骤（1）获得的预处理的木质纤维素经过脱毒处理，所述脱毒是指生物脱毒、水洗或者过碱处理中的一种。
[0012] 所述生物脱毒是指在向木质纤维素中接入乳酸片球菌的同时或之前，接入具有脱毒能力的霉菌。
[0013] 以上方案中，步骤（3）中发酵条件为，发酵温度35～50℃， pH 4.5～6.5，发酵时间24～96小时，在发酵罐中木质纤维素的质量分数为10～40%，纤维素酶为1～30 FPU/ g DM，FPU 为纤维素酶滤纸酶活，DM（Dry matter）是指木质纤维素干物质。
[0014] 步骤（3）获得的乳酸包括游离态的乳酸或者调节发酵pH所生成的乳酸盐，所述乳酸盐包括乳酸钠、乳酸钙或者乳酸铵中的一种或几种。
[0015] 步骤（1）所述的木质纤维素指玉米秸秆、小麦秆、稻草、棉花秆、能源植物、木头、木屑、废纸和农林业废弃物中的一种或几种。
[0016] 以上方案中，所述乳酸片球菌优选为Pediococcus acidilactici DQ2。[0017] 本发明所述木质纤维素预处理为常规操作，将木质纤维素清洗，晾干，通过机械粉碎降低尺寸，然后做预处理；机械粉碎是把木质纤维素尺寸变小，扩大表面积，获得更好的预处理效果。预处理包括稀酸预处理、蒸汽爆破或者氨纤维爆破等。稀酸预处理是指稀硫酸溶液浸润物料，然后在180～200℃下维持1～10分钟，破坏木质纤维素结构，从而有利于后续酶解过程。
[0018] 本发明中所指OD600值是指含有菌体的溶液在600nm波长处的吸光值。
[0019] 本发明中脱毒所脱除的有毒物质为木质纤维素预处理所产生的物质如有机酸类甲酸、乙酸、呋喃类糠醛、羟甲基糠醛等。预处理后的木质纤维素，再经过脱毒除去抑制物，更适合后续发酵。
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