[发明专利]一种生产L-乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产L-乳酸的方法，特别是涉及一种米根霉(Rhizopus oryzae)AS3.819利用农作物秸秆水解糖液，菌体重复利用发酵产L-乳酸及膜分离和离子交换集成分离L-乳酸的方法。

背景技术

乳酸作为一种重要的有机酸，已经被广泛应用于食品、药物、医学和化工工业。近年来，世界各地在为解决塑料制品所带来的“白色污染”的研究中，发现以L-乳酸为单体聚合形成的L-乳酸的聚合物—聚L-乳酸制成的塑料薄膜，可100％为生物降解。人体只能代谢L-乳酸，世界卫生组织提倡在食品、医药领域，使用L-乳酸，不要使用DL-乳酸。L-乳酸的需求量不断扩大。

乳酸可以通过化学合成或碳水化合物发酵得到，但是基于发酵法能够专一性的得到L-乳酸或D-乳酸，因此发酵法被广泛采用L-乳酸的生产。米根霉发酵生产乳酸具有光学纯度高，菌体易与发酵液分离等特点，利用米根霉发酵成为大规模生产L-乳酸的趋势。

为了降低L-乳酸的制备成本，提高乳酸生产质量，国内外对乳酸生产过程进行了大量研究，主要集中在：低价原料的开发利用，提高发酵强度，优化乳酸分离提取工艺这三个方面。目前用于L-乳酸生产的原料主要有淀粉、糖蜜、乳清水等。我国每年浪费或低质利用的木质纤维材料总共约10亿吨，其中农作物秸秆一项就大约有7亿多吨，其主要成份为纤维、半纤维、木质素。

L-乳酸发酵液成分复杂，除L-乳酸外，还含有菌体碎片、蛋白质、色素、残糖以及发酵副产物等杂质。乳酸传统的分离方法有乳酸钙前结晶工艺和乳酸钙直接酸解工艺，过程简单，易于控制，被广泛采用，但乳酸收率低，仅80％左右，产品纯度低，发酵液中许多杂质无法得到有效分离。基于此，国内外学者对乳酸的分离做了大量的研究，提出反应萃取、吸附、普通蒸馏、分子蒸馏等过程分离精制乳酸。寻找一条经济、高效的分离提纯方法，提高产品的质量和收率，降低生产成本，以适应大规模生产的需要，已成为乳酸及其聚合物能否大规模推广应用的关键，具有极大的意义。

膜分离技术作为一门新型的高分离、浓缩、提取及净化技术。在近30年来发展迅速，已在各工业领域和科学研究中得到广泛的应用。膜分离技术在分离物质的过程中不涉及相变，对能量的要求低，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程相比有很大的差异，膜分离的条件一般比较温和，对于热敏性物质、复杂物质的分离、分级、浓缩和富集具有非常重要意义。国内已有报道采用膜分离技术对乳酸发酵液的提取技术。2008年南京工业大学申请的专利“一种乳酸的清洁生产工艺”(申请号200810195297.6)报道了一种利用膜过滤和双极膜电渗析的乳酸提取技术；2008年江苏道森生物化学有限公司申请了专利“一种分离纯化L-乳酸的新工艺”(申请号：200810020397.5)报道了一种利用连续离交、膜分离、分子蒸馏技术分离纯化L-乳酸的新工艺，L-乳酸先吸附到阴离子交换树脂上，再经过洗杂、洗脱工序，产生大量废水，不利于连续操作。在目前的L-乳酸生产过程中，多采用葡萄糖、淀粉等作为发酵碳源，原料成本高；采用分批发酵，每个批次发酵周期长，发酵强度低；后续分离工艺复杂，连续性不强。

发明内容

为了降低乳酸生产原材料成本，提高发酵强度、克服现有乳酸分离方法中连续性不强，过程复杂等不足，本发明提供以农作物秸秆和米根霉为原料的一种L-乳酸的生产方法。

实现上述目的的技术解决方案如下：

一种生产L-乳酸的方法包括以下操作步骤：

(1)将农作物秸秆玉米秸秆粉碎后过40目筛，采用稀碱液、稀酸液、纤维素酶依次处理，制得含糖质量百分比为8-12％的糖化液10L；

(2)将制得的质量百分比为8-12％糖化液加入发酵罐中，同时加入碳酸钙400-600g、硝酸铵30-35g、磷酸二氢钾3-5g、磷酸二氢钠2-3g、硫酸锌3-4g、硫酸镁3-4g和硫酸亚铁0.8-1.0g，灭菌冷却至32℃～34℃，接种孢子浓度为10¹¹个/L的米根霉(Rhizopusoryzae)AS3.819孢子悬液500mL，在32℃～34℃进行通气搅拌发酵，发酵时间60-65h；停止通风及搅拌，罐中残糖浓度小于5g/L，静置；米根霉菌体自然沉降到发酵罐底，采用正压排出5/6体积的L-乳酸发酵液；

(3)按步骤(2)在发酵罐内重新加入物料，在32℃～34℃进行通气搅拌发酵，重复25批次，每个批次发酵时间20～22h；每个批次发酵结束，停止通风及搅拌，米根霉菌体留在罐底重复利用，正压放出5/6体积的L-乳酸发酵液；