本發(fā)明屬于生物發(fā)酵，具體涉及一種基于木質(zhì)纖維素發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)l-乳酸和木糖醇的方法。

背景技術(shù)：

1、l-乳酸(l-la)和木糖醇作為重要的工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和塑料等領(lǐng)域。這兩種原料可以通過化學(xué)方式合成，但仍面臨需要用到昂貴的催化劑和設(shè)備的缺陷。目前經(jīng)過廣泛研究生物發(fā)酵法可以制得l-la和木糖醇，但是仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，主要是原料和試劑價(jià)格昂貴，操作工藝復(fù)雜。

2、工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)l-乳酸一般使用第一代生物質(zhì)原料，主要是糧食作物，如玉米、甜薯等。這類物質(zhì)淀粉含量高，經(jīng)過糖化后葡萄糖濃度高，發(fā)酵效率高。這些糧食原料價(jià)格昂貴，約占總成本的50％左右，而且會(huì)造成糧食問題。第二代生物質(zhì)原料采用農(nóng)林業(yè)廢棄物生產(chǎn)l-la和木糖醇，其豐富的資源潛力和相對低廉的成本，逐漸替代第一代生物質(zhì)原料。

3、第二代生物質(zhì)原料的來源廣泛，但是尋求合適的原料不僅直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益，還對環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。其中，木質(zhì)纖維素資源龐大，價(jià)格低廉，富含大量的纖維素，半纖維素和木質(zhì)素。但木質(zhì)素作為生物發(fā)酵的阻礙，需要進(jìn)行脫除。然后再通過水解產(chǎn)生葡萄糖和木糖，最后通過發(fā)酵，分別轉(zhuǎn)化為l-乳酸和木糖醇。目前直接將木質(zhì)纖維素發(fā)酵產(chǎn)l-乳酸和木糖醇的方法較少，主要因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易被降解和利用，且預(yù)處理成本高、預(yù)處理時(shí)間久、l-乳酸和木糖醇濃度產(chǎn)量和濃度低的問題，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中水解液中碳綜合利用率低的問題，提供一種基于木質(zhì)纖維素發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)l-乳酸和木糖醇的方法，圖1為該方法的流程圖。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于木質(zhì)纖維素發(fā)酵聯(lián)產(chǎn)l-乳酸和木糖醇的方法，包括如下步驟：

3、(1)利用堿氨預(yù)處理木質(zhì)纖維素獲得脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素；

4、(2)對步驟(1)獲得的脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素進(jìn)行酶水解，得到水解液；

5、(3)利用步驟(2)得到的水解液進(jìn)行l(wèi)-乳酸發(fā)酵，得到l-乳酸發(fā)酵液；

6、(4)對步驟(3)中的l-乳酸發(fā)酵液進(jìn)行脫乳酸處理得到乳酸鈣和脫乳酸發(fā)酵液，將乳酸鈣純化即得l-乳酸；

7、(5)利用步驟(4)獲得的脫乳酸發(fā)酵液進(jìn)行木糖醇發(fā)酵，得到木糖醇發(fā)酵液，再將木糖醇發(fā)酵液經(jīng)分離純化得到木糖醇；

8、其中，所述脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素進(jìn)行酶水解時(shí)，無需對脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素進(jìn)行洗滌和烘干；

9、其中，所述水解液進(jìn)行l(wèi)-乳酸發(fā)酵前，水解液無需進(jìn)行脫毒處理。

10、其中，步驟(1)中，所述木質(zhì)纖維素包括玉米秸稈、玉米棒、小麥秸稈、水稻秸稈和甘蔗渣中任意一種或幾種的組合。

11、優(yōu)選的，所述木質(zhì)纖維素為玉米秸稈。

12、其中，步驟(1)中，所述堿氨預(yù)處理，是在木質(zhì)纖維素中加入1～5wt％的naoh和5～10wt％的氨水，再補(bǔ)充水至木質(zhì)纖維素的固含量為200～300g/l后進(jìn)行預(yù)處理；所述堿氨預(yù)處理，其預(yù)處理?xiàng)l件為：溫度70～90℃，時(shí)間10～24h。

13、優(yōu)選的，所述堿氨預(yù)處理，是在木質(zhì)纖維素中加入3wt％的naoh和7.5wt％的氨水，再補(bǔ)充水至木質(zhì)纖維素的固含量為300g/l后進(jìn)行預(yù)處理；所述堿氨預(yù)處理，其預(yù)處理?xiàng)l件為：溫度80℃，時(shí)間12h。

14、其中，步驟(2)中，所述脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素在進(jìn)行酶水解前，調(diào)整脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素的含水率為70～80％。

15、優(yōu)選的，調(diào)整脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素的含水率為70％。

16、其中，所述酶水解，利用纖維素酶進(jìn)行水解，所述纖維素酶的用量為：每1g脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素添加5～20fpu纖維素酶。

17、優(yōu)選的，所述纖維素酶的用量為：每1g脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素添加15fpu纖維素酶。

18、其中，所述酶水解，其酶解條件為：ph值4.8～5.2，溫度45～55℃，轉(zhuǎn)速150～250rpm，時(shí)間48～72h。

19、優(yōu)選的，所述酶水解，其酶解條件為：ph值4.8～5.0，溫度50℃，轉(zhuǎn)速200rpm，時(shí)間72h。

20、其中，所述酶水解，采用分批補(bǔ)料的方式，初始階段先添加100～150g/l固含量的脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素進(jìn)行酶水解，5～8h后，補(bǔ)充剩余脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素至固含量為200～300g/l。

21、優(yōu)選的，所述酶水解，采用分批補(bǔ)料的方式，初始階段先添加15wt％固含量的脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素進(jìn)行酶水解，6h后，補(bǔ)充剩余脫除木質(zhì)素的木質(zhì)纖維素至固含量為300g/l。

22、其中，步驟(3)中，所述利用步驟(2)得到的水解液進(jìn)行l(wèi)-乳酸發(fā)酵，具體是將鼠李糖乳桿菌的菌液接種至水解液中進(jìn)行l(wèi)-乳酸發(fā)酵。

23、具體的，將鼠李糖乳桿菌的菌液接種至水解液前，向水解液中加入0.5～5g/l酵母提取物、0.5～5g/l胰蛋白胨、1～3g/l硫酸銨、0.5～2.0g/l磷酸二氫鉀、0.2～0.8g/l七水硫酸鎂，調(diào)節(jié)ph為5.5～6.5后，再加入25～35g/l碳酸鈣。

24、優(yōu)選的，將鼠李糖乳桿菌的菌液接種至水解液前，向水解液中加入2g/l酵母提取物、2g/l胰蛋白胨、3g/l硫酸銨、1.5g/l磷酸二氫鉀、0.6g/l七水硫酸鎂，調(diào)節(jié)ph為6.0后，再加入35g/l碳酸鈣。

25、其中，所述鼠李糖乳桿菌包括但不限于本發(fā)明實(shí)施例所述的鼠李糖乳桿菌lactobacillus?rhamnosus(ncbi登錄號(hào)：pv300386.1)，現(xiàn)有技術(shù)中能夠進(jìn)行l(wèi)-乳酸發(fā)酵的鼠李糖乳桿菌均在本發(fā)明所保護(hù)的范圍之內(nèi)。

26、其中，所述接種，其接種量為5～15％v/v；所述l-乳酸發(fā)酵，其發(fā)酵條件為：溫度35～45℃，轉(zhuǎn)速150～250rpm，時(shí)間96～120h。

27、優(yōu)選的，所述接種，其接種量為10％v/v；所述l-乳酸發(fā)酵，其發(fā)酵條件為：溫度37℃，轉(zhuǎn)速為200rpm，時(shí)間為120h。

28、其中，步驟(4)中，所述脫乳酸處理包括脫色和結(jié)晶兩個(gè)步驟。

29、具體的，所述脫色具體步驟為：用ca(oh)2溶液調(diào)節(jié)ph為10.0，將50g/l活性炭加入發(fā)酵液中，在200rpm，60℃下混合2h，抽濾收集發(fā)酵液；所述結(jié)晶具體步驟為：對脫色的發(fā)酵液進(jìn)行真空蒸餾并濃縮，直到乳酸鈣的濃度達(dá)到約150g/l，在4℃下結(jié)晶過夜，通過抽濾收集乳酸鈣晶體和濃縮的發(fā)酵液，將濃縮的發(fā)酵液充水至原始濃度即得脫乳酸發(fā)酵液，將乳酸鈣晶體經(jīng)純化得到l-乳酸。

30、其中，步驟(5)中，利用步驟(4)獲得的脫乳酸發(fā)酵液進(jìn)行木糖醇發(fā)酵，具體是將熱帶假絲酵母的菌液接種至脫乳酸發(fā)酵液中進(jìn)行木糖醇發(fā)酵；

31、具體的，所述熱帶假絲酵母的菌液在接種至脫乳酸發(fā)酵液前，向脫乳酸發(fā)酵液中加入5～10g/l酵母提取物、15～23g/l胰蛋白胨，調(diào)節(jié)ph為4.0～5.0。

32、優(yōu)選的，所述熱帶假絲酵母的菌液在接種至脫乳酸發(fā)酵液前，向脫乳酸發(fā)酵液中加入10g/l酵母提取物、20g/l胰蛋白胨，調(diào)節(jié)ph?4.5。

33、其中，所述熱帶假絲酵母包括限不限于本發(fā)明實(shí)施例所述的熱帶假絲酵母candida?tropicalis(bncc?187234)，現(xiàn)有技術(shù)中能夠進(jìn)行木糖醇發(fā)酵的熱帶假絲酵母均在本發(fā)明所保護(hù)的范圍之內(nèi)。

34、其中，所述接種，其接種量為2～8％v/v；所述木糖醇發(fā)酵，其發(fā)酵條件為：溫度28～32℃，轉(zhuǎn)速150～200rpm，時(shí)間96～120h。

35、優(yōu)選的，所述接種，其接種量為2％v/v；所述木糖醇發(fā)酵，其發(fā)酵條件為：溫度30℃，轉(zhuǎn)速150～200rpm，時(shí)間120h。

36、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有如下有點(diǎn)：

37、(1)本方法在溫和的條件下有效地破壞了木質(zhì)纖維素的剛性結(jié)構(gòu)，低濃度的naoh與氨水協(xié)同作用顯著提高了纖維素含量，提高了木質(zhì)素去除率。該方法不僅提高了原料的轉(zhuǎn)化率，還減少了化學(xué)品使用，有助于降低生產(chǎn)成本。

38、(2)本方法提出了無需水洗和烘干的高固相酶水解方法。減少了工藝步驟與資源消耗，同時(shí)提高了水解效率。

39、(3)本方法采用了兩段式發(fā)酵法，分階段生產(chǎn)l-乳酸和木糖醇。在第一階段，水解液無需脫毒即可直接進(jìn)行l(wèi)-乳酸發(fā)酵，同時(shí)預(yù)處理中使用的氨水為發(fā)酵提供部分氮源；第二階段進(jìn)行木糖醇發(fā)酵。該方法提高了五碳糖和六碳糖的利用率，提升了整體過程的經(jīng)濟(jì)效率。