[发明专利]一种开放式发酵食品废物生产L-乳酸的调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物发酵领域，尤指一种开放式发酵食品废物生产L-乳酸的调控方法。

背景技术

食品废物是指在食品加工过程中和食用过程中产生的废物，包括食品工业废物、餐饮业废物及家庭排除的菜叶瓜皮、残渣剩菜(泔水)等，而食品工业废物的种类繁多，来源于原料清洗、生产加工、成品等工序，如酿酒工业的酒糟、淀粉加工业的淀粉渣(如玉米渣、薯渣等)、发酵工业的各种菌渣(如酱渣、柠檬酸渣等)、制糖工业的废糖蜜、肉食和果蔬加工业的动植物残渣等。这些食品废物的共同特点是含水率高(有些高达85％～90％以上)、有机质比例高(占干物质的95％以上)、营养元素丰富和易腐烂。

食品废物含水率较高，不适用于焚烧处理；流动性较大，容易泄漏，是垃圾填埋场渗滤液的主要来源；并且容易变质，生活垃圾堆放场周围吃了腐烂变质食物的“垃圾猪”和畜禽，是引起各种疾病和传染病的根源。

乳酸是一种需求量仅次于柠檬酸的有机酸，广泛应用于食品、医药和化学工业，是市场畅销产品。乳酸分子具有旋光性，有光学异构体，分为D-型，L-型，DL-型。D-型乳酸不能被人体所代谢，因此限制了它在食品加工等领域的应用，而以L-乳酸为原料合成的聚乳酸具有生物降解性，更显示出L-乳酸在包装材料、缓释剂、农用地膜等方面的巨大潜力，也说明L-乳酸比D-乳酸和DL-乳酸具有更大的经济价值。当前国际上常常采用乳酸生产原料主要是玉米、红薯、大米等淀粉质农产品，生产成本较高。厨房垃圾具有丰富营养的特点，适合作为乳酸的发酵原料，中国发明专利ZL02138136.4报道了一种酒糟综合利用生产乳酸及青贮饲料的方法，但需在酒糟中加入葡萄糖或淀粉原料、玉米浆以及氮源等营养物质，需将酒糟灭菌后进行乳酸发酵，且得到的是DL-型乳酸。

目前，现有的L-乳酸生产，都必须采用原料灭菌，接种L-乳酸菌后进行生物发酵而获得。本发明将此采用原料不灭菌且不接种L-乳酸菌的开放式发酵食品废物制取-乳酸，以提高L-乳酸占乳酸总产量的比例，从而省略灭菌操作和接种操作所需的成本，简化乳酸发酵工艺。但由于底物不经任何灭菌措施，废物中的土著菌群会对L-乳酸的产量和纯度产生影响。因此，必须采取一定调控措施，使土著的L-乳酸菌成为优势菌种。而如何在开发式发酵过程中达到以上目的，目前国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、乳酸产量高的开放式发酵食品废物制取L-乳酸的调控方法。

为实现上述目的，本发明的开放式发酵食品废物生产L-乳酸的调控方法包括以下步骤：(1)将食品废物原料混合破碎成碎粒；(2)破碎后的食品废物与水按照质量比1∶0～1∶5混合，作为发酵初始原料；(3)将发酵初始原料的起始PH调节到6～7；(4)发酵初始原料在搅拌的条件下进行开放式发酵100h～120h，发酵过程中进行30～70℃范围的变动控温和pH值4～7范围的振动调控；(5)分离、提纯，即得发酵产物。

进一步，步骤(1)中粉碎的碎粒为1～5mm³。

进一步，步骤(4)中发酵初始原料在20～40rpm的条件下搅拌。

进一步，步骤(4)中变动控温方法为发酵前期的24h，温度保持在70℃，发酵后期的24h～126h，温度保持在30℃。

进一步，步骤(4)中pH值4～7范围的振动调控为每隔10～14h用5％～20％(w/v)氨水将下降的pH值调回至7。

进一步，步骤(4)中pH值4～7范围的振动调控为发酵前期的24h，每隔10h～14h用5％～20％(w/v)氨水将下降的pH值调回至7，发酵36h后用5％～20％(w/v)氨水调节使之保持pH值为6。

进一步，步骤(4)中温度调控方式为：发酵前期的24h，温度保持在70℃；发酵24h以后，将温度下调至30℃，并维持24h～48h；然后再将温度上调至70℃，并维持6h～24h后，再将温度下调至30℃，并维持12h～36h。

本发明的开放式发酵食品废物生产L-乳酸的调控方法，无需高温灭菌和添加任何营养物，无需严格的无菌操作，工艺简单、节能，大大降低了L-乳酸的生产成本，并且通过该方法制取出的L-乳酸产量高，其纯度可达到95％以上。

附图说明

图1(a)是在不同的发酵温度下餐厨垃圾中的总乳酸浓度随时间的变化关系图；

图1(b)是在不同的发酵温度下餐厨垃圾中的L-乳酸占总乳酸的比例随时间的变化关系图；