[发明专利]一种柠檬酸发酵尾渣的综合利用工艺

说明书

本发明属于废弃物的资源综合利用领域，具体涉及一种柠檬酸发酵尾渣的综合工艺。首先将柠檬酸发酵尾渣进行蒸汽爆破与离子液体的级联反应，在实现菌体成份充分释放的同时，对菌体几丁质以及玉米纤维素的晶体结构进行充分的破坏，为纤维素酶和几丁质脱乙酰酶的作用提供良好的基础，同时将预处理过程中产生的可溶性糖及蛋白等副产物进行几丁质脱乙酰基酶的发酵生产，实现了一种协同的绿色生产，易于产业化应用。

技术领域：

本发明属于废弃物的资源综合利用领域，具体涉及一种柠檬酸发酵尾渣的综合工艺。

背景技术：

柠檬酸是目前微生物发酵产量最大的有机酸，广泛应用于饮料、食品、洗涤日化等行业，所用的微生物主要为黑曲霉。柠檬酸发酵后产生大量黑曲霉菌丝渣。据行业统计，每生产一吨柠檬酸，约产生0.15吨干菌丝体。目前，全球柠檬酸产量估计超过每年200万吨，这意味着每年产生约30万吨黑菌。通常，这些尾渣被低值化处理用作反刍动物的饲料。

据报道，黑曲霉菌体细胞干重中约有15％的几丁质。因此,黑曲霉菌丝体是生产几丁质及其衍生物的良好原料，包括壳聚糖、壳寡糖、N-乙酰基-D-葡萄糖胺(GlcNAc)和葡萄糖胺(GlcN)，在生物医药、食品、卫生保健和化妆品行业有着广泛的应用。但目前的主流工艺还是采用化学提取，存在使用强酸、强碱以及环境污染等问题。酶解制备几丁质及其衍生物作为一种生态友好的方法受到越来越多的关注。然而，酶法生产几丁质及其衍生物仍然具有挑战性，其中一个主要原因就是几丁质的结晶性使其不溶于水。因此，开发合理的预处理方法，在几丁质及其衍生物生物转化为壳聚糖前，改善几丁质的结晶结构具有重要意义。

同时，目前大多数工业柠檬酸发酵采用的是粗料发酵，在以玉米为原料的发酵尾渣中除菌丝体外，还含有大量的玉米纤维(每Kg干物质中包括382克纤维素,445克半纤维素、66克木质素,19g蛋白和28g灰分)。所以，为了对菌丝废弃物进行全面的回收利用，应该将菌体和玉米纤维同时进行研究。目前还没有通过合理的预处理方式对柠檬酸发酵尾渣中残留的纤维、蛋白质和菌丝体进行综合利用的报道，这也是当前环境保护形势下亟待探讨和解决的问题。

本发明开发了一种汽爆与离子液体级联预处理柠檬酸发酵尾渣并对其不同成份进行综合利用的工艺，为综合利用柠檬酸发酵工业尾渣提供了可能的途径。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种高效的柠檬酸发酵尾渣综合处理技术及其应用，首先将柠檬酸发酵尾渣进行蒸汽爆破与离子液体的级联反应，在实现菌体成份充分释放的同时，对菌体几丁质以及玉米纤维素的晶体结构进行充分的破坏，为纤维素酶和几丁质脱乙酰酶的作用提供良好的基础，同时将预处理过程中产生的可溶性糖及蛋白等副产物进行几丁质脱乙酰基酶的发酵生产，实现了一种协同的绿色生产，易于产业化应用。

所述柠檬酸发酵尾渣的综合利用方法是针对以玉米为原料、黑曲霉为发酵菌种的柠檬酸发酵尾渣，步骤如下：

(1)将柠檬酸发酵尾渣进行气爆处理，获得可溶性部分和固体残留部分，其中，固体残留部分进行离子液体预处理；

(2)将离子液体处理后的物料烘干，采用纤维素酶酶解，酶解后的可溶性部分待用，固体残留物使用几丁质脱乙酰酶进行酶解，生产部分脱乙酰的壳聚糖前体物，为后续进一步脱乙酰制备高脱乙酰度的壳聚糖以及壳寡糖提供基础；

(3)气爆后和纤维素酶酶解后的可溶性部分用于几丁质脱乙酰酶的发酵生产，生产所得的几丁质脱乙酰酶再次用于步骤(2)中的酶解，以此实现几丁质脱乙酰酶的循环生产和利用；

进一步地，所述气爆预处理的条件为：柠檬酸发酵尾渣水分含量25-40％，汽爆压力为2.0-2.5MPa，时间为60-90s；

进一步地，所述离子液体预处理的条件为：汽爆预处理后的固体剩余物烘干至水分含量10-12％，离子液体处理温度为60-80℃，处理时间6-24h，离子液体添加量为10-20mL每5g烘干物料；