一种生产乳酸的工艺的制作方法

本发明涉及生物发酵，具体涉及一种生产乳酸的工艺。

背景技术：

1、聚乳酸(pla)是一种可生物降解、对环境友好的新型环保材料，被誉为绿色纤维，作为石油衍生聚合物的替代品已广泛用于包装材料、生物医用材料等领域。作为聚乳酸的单体化合物，乳酸存在d-和l-型两种旋光异构体，由手性d-乳酸/l-乳酸作为单体化合物分别聚合而成的聚d-乳酸/聚l-乳酸，其耐热性和力学性能均优于由d，l-混合型乳酸聚合而成的聚d，l-乳酸。而微生物发酵法是一种非常有前景的手性乳酸的生产方式。据统计，世界上每年生产的乳酸70％～90％是通过微生物发酵方式获得。然而，目前手性乳酸均是使用葡萄糖或者粮食淀粉进行生产，成本很高。木制纤维素由于其价格低廉、资源丰富和可再生性，是一种非常有前途的生产手性乳酸的原料。

2、以木制纤维素生产乳酸主要包括秸秆的预处理、脱毒、酶水解和发酵等过程，目前工业上以纤维素为原料进行发酵过程主要是分步糖化发酵和同步糖化发酵。分步糖化发酵是每步反应单独进行，优点是能利用各自最优的条件进行反应，互不干扰；缺点是过多的步骤导致生产工艺复杂，需要设备多，投资成本高，尤其是纤维素酶水解过程中产生的高浓度糖对纤维素酶具有底物抑制作用，使酶解过程不彻底。同步糖化发酵是将酶解与发酵合并在同一反应器内进行。该工艺可以使酶解产生的糖迅速被微生物消耗而不至于对纤维素酶产生抑制作用，进而减少酶的用量，但是一般纤维素酶的最适温度是50℃，而乳酸发酵的最适温度为42℃，所以高温对乳酸菌的生长和发酵有明显的抑制作用，为了保证菌种的存活，只能适当降低反应温度来进行同步糖化发酵过程，导致酶解速率下降，设备利用率降低，成本增加。以上技术难题是以秸秆为原料发酵乳酸过程中面临的巨大障碍。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种生产乳酸的工艺，包括以下步骤：

2、(1)将经过处理的木质纤维素原料进行糖化，得到糖化处理液；

3、(2)利用含有糖化处理液的发酵培养基发酵生产乳酸，发酵过程中补加生长因子，所述生长因子的添加量为1-3g/l，所述生长因子包括维生素b类物质、维生素d类物质、氨基酸类物质和硫酸铵。

4、于一实施方式中，所述生长因子的添加量为1-2.5g/l，进一步为1.5-2g/l。

5、于一实施方式中，所述维生素b类物质的添加量为0.05-0.3g/l，进一步为0.1-0.2g/l。

6、于一实施方式中，所述维生素d类物质的添加量为0.03-0.2g/l，进一步为0.1-0.3g/l。

7、于一实施方式中，所述氨基酸类物质的添加量为0.1-0.5g/l，进一步为0.2-0.4g/l。

8、于一实施方式中，所述硫酸铵的添加量为1-2g/l，进一步为1.5-2g/l。

9、本发明中，所述维生素b类物质选自维生素b1、维生素b2、维生素b3、维生素b12中的一种或几种。

10、本发明中，所述维生素d类物质选自维生素d2和/或维生素d3。

11、本发明中，所述氨基酸类物质选自赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸中的一种或几种。

12、于一实施方式中，所述维生素b类物质包括维生素b1和维生素b12，进一步地，所述维生素b1的添加量为0.03-0.08g/l，所述维生素b12的添加量为0.15-0.2g/l。

13、于一实施方式中，所述维生素d类物质包括维生素d2。

14、于一实施方式中，所述氨基酸类物质包括蛋氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸，进一步地，所述蛋氨酸的添加量为0.1-0.3g/l，所述亮氨酸的添加量为0.05-0.1g/l，所述苯丙氨酸的添加量为0.1-0.2g/l。

15、于一实施方式中，经过处理的木质纤维素原料的固含量为30％～70％，进一步为40％～50％。例如40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50％(w/w)。所述固含量表示将木质纤维素原料进行预处理得到的预处理后物料中固态物料例如包括但不限于纤维素、半纤维素等所占的质量百分比。

16、本发明中，所述木质纤维素原料包括但不限于秸秆、稻草、稻壳、蔗渣、木材、木屑中的至少一种。

17、于一实施方式中，利用纤维素酶进行糖化，纤维素酶液相对于木质纤维素原料的用量为10-50u/g，进一步为10-20u/g。

18、于一实施方式中，糖化过程中，控制温度为40-60℃，进一步为45-55℃。

19、于一实施方式中，糖化过程中，控制ph值为4.5-6.5，进一步为5-6。

20、于一实施方式中，发酵过程中，控制温度为45-55℃，进一步为45-52℃，进一步为48-51℃。

21、于一实施方式中，发酵过程中，控制ph为4.5-6.5，进一步为5-6。本发明在发酵过程中可以利用纤维素酶进行进一步糖化，即实现同步的糖化发酵。

22、本发明中，所述发酵培养基中可以含有5-15g/l蛋白胨，5-15g/l酵母粉，1-3g/l柠檬酸氢二铵，1-10g/l无水乙酸钠，1-3g/l磷酸氢二钾，0.1-0.3g/l七水硫酸镁，0.1-0.5g/l一水硫酸锰。

23、于一实施方式中，发酵培养基中接种种子液，接种量为5-25％，优选为10-20％，所述百分比为体积百分比。

24、于一实施方式中，所述种子液中菌体选自乳酸片球菌，其可在45-55℃的条件下生长并发酵生产乳酸。

25、作为本发明一实施方式，乳酸片球菌为cath501(pediococcus acidilactici)；现保藏于中国典型培养物保藏中心(简称cctcc)，地址：中国武汉，武汉大学，邮编430072，保藏编号cctcc m 20211364，保藏日期2021年11月4日。

26、于一实施方式中，将木质纤维素原料进行处理的过程中可以包括预处理的步骤，本领域技术人员知晓，预处理的目的主要是改变天然木质纤维素固有的致密结构，破坏纤维素、木质素和半纤维素之间的化学和物理连接，降低纤维素的结晶度，或脱去木质素，增加原料的疏松性以增加纤维素酶系与纤维素的有效接触。便于后续糖化和发酵的进行。本发明对预处理的方式不作特别限定。只要能实现上述效果即可。预处理方式包括稀酸预处理，蒸汽爆破预处理，氨纤维爆破预处理，碱预处理和离子液体预处理等。

27、在本发明一具体实施方式中，所述碱预处理包括：将木质纤维素原料粉碎，加入碱液，在100-130℃下处理10-30min。

28、于一实施方式中，所述碱液的浓度为1-5％，所述碱包括naoh、koh、ca(oh)2、氨水中的一种或多种。

29、于一实施方式中，控制木质纤维素原料与碱性的固液质量比为1：(5-10)。

30、本发明中，采用上述工艺制备得到的乳酸产率在1.5g/l/h以上，进一步在1.7g/l/h以上，进一步在1.9g/l/h以上，更进一步在2.0g/l/h以上，更进一步在2.3g/l/h以上。

31、另外，本发明提供一种乳酸的制备方法，包括：

32、(1)采用上述工艺制得乳酸发酵液；

33、(2)对所得的乳酸发酵液进行提取精制处理制得乳酸。所述提取精制处理例如可以为酸化结晶处理、萃取处理等本领域常用的提取纯化手段。

34、与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：

35、本发明利用乳酸片球菌发酵生产乳酸，该菌株对于预处理的木质纤维素生物质体系具有良好的适应能力，能够在高固含量条件下发酵，同时通过补加生长因子，提高乳酸产量，具有广阔的工业化前景。

36、生物材料保藏信息

37、本发明的乳酸片球菌cath501(pediococcus acidilactici cath501)，于2021年11月4日保藏在中国典型培养物保藏中心(cctcc)，保藏地址：中国湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学邮编430072，保藏编号为cctcc no:m20211364，培养物名称为乳酸片球菌cath501(pediococcus acidilactici cath501)。