[发明专利]一种发酵原料中水溶性糖提高纤维素乳酸产量的方法

说明书

本发明公开一种发酵原料中水溶性糖提高纤维素乳酸产量的方法。水溶性糖在玉米秸秆、麦秆、稻草等木质纤维素原料中广泛存在，含量约为2％‑10％。然而，水溶性糖在常规生物炼制过程中难以利用，大部分在预处理工段降解为羟甲基糠醛、乙酰丙酸等抑制物，或在抑制物脱除工段进入废水物流。本发明在原料进行生物炼制之前的储存期进行固态发酵，将其中的水溶性糖转化为乳酸；然后采用全程无水相流出的干法生物炼制技术，依次进行干酸预处理、生物脱毒、酶促糖化与发酵生产乳酸。在此干法生物炼制过程中，水溶性糖固态发酵得到的乳酸保持稳定，有效提高了乳酸基于木质纤维素原料的发酵得率，并降低了预处理过程抑制物的生成和脱毒工段的强度。

【技术领域】

本发明涉及木质纤维素生物炼制领域，是一种发酵原料中水溶性糖提高纤维素乳酸产量的方法。

【背景技术】

木质纤维素原料中往往含有一定含量的水溶性糖，以玉米秸秆为例，其中的水溶性葡萄糖和果糖含量一般大于2％，这些糖由植物叶片或茎干细胞中叶绿体通过光合作用合成，主要用于维持种子淀粉合成。而在木质纤维素生物炼制过程中，这些水溶性糖通常在预处理过程中被降解。以目前木质纤维素原料主流的预处理方法如稀酸预处理及蒸汽爆破预处理为例，其原理是利用高温高压下的酸性环境水解半纤维素，进而破坏木质纤维素材料的结构，提高后续酶解过程中纤维素的转化率，而在这种条件下，水溶性糖容易被降解为5-羟甲基糠醛，造成资源的极大浪费，这成为了制约木质纤维素原料综合利用的一个挑战。如果能在预处理之前对这些水溶性糖进行有效利用，将水溶性糖转化得到的产品与后续生物炼制过程利用纤维素半纤维素生产的产品相整合，将提高基于每吨干秸秆原料的产品得率，同时大幅降低预处理过程中产生的抑制物，从而降低生物炼制后续工序的复杂程度，对木质纤维素生物炼制行业产业化应用起到推动作用。

乳酸是一种重要的工业化学品，它广泛运用于食品、医药、皮革以及纺织业。世界上90％的商用L-乳酸都是由玉米淀粉类原料进行发酵得到的，而玉米淀粉原料的成本约占总发酵成本的70％。因此，亟需找到一种廉价的原料替代淀粉类原料进行乳酸生产。木质纤维素原料是一种价格低廉、来源广泛的可再生生物质能源，利用廉价、含量丰富的木质纤维素原料将会大大减少乳酸生产成本。

对于干法稀酸预处理而言，由于预处理过程固含量高(50％以上)，且无游离酸液存在，预处理后无水洗脱毒过程，也就为水溶性糖的转化利用奠定了基础。首先在原料储存阶段将水溶性糖转化为耐热性更强的乳酸盐，同时降低原料pH，有效避免染杂菌。在预处理过程中，这些乳酸可以有效保留，最终提高了木质纤维素乳酸的发酵指标，对以木质纤维素为原料的乳酸生物炼制产业具有明显的推动作用。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发酵原料中水溶性糖提高纤维素乳酸产量的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种发酵原料中水溶性糖提高纤维素乳酸产量的方法，其具体步骤为：

(1)将木质纤维素原料粗切、除砂石及粉碎，调节固体含量并接种乳酸菌，以木质纤维素物料所含的水溶性糖为底物进行乳酸固态发酵；(2)将步骤(1)得到的固态发酵后的木质纤维素物料进行干酸预处理；(3)将步骤(2)得到的预处理后物料进行固态生物脱毒；(4)将步骤(3)得到的预处理和脱毒后的木质纤维素物料进行酶促糖化和厌氧发酵生产乳酸。

本发明的优点：乳酸厌氧固态发酵简单易行，可以在原料储存阶段将水溶性糖转化为热稳定性较强的乳酸，避免水溶性糖在后续酸预处理阶段降解为5-羟甲基糠醛；充分利用了木质纤维素原料中存在的水溶性糖，提高了木质纤维素基乳酸的发酵指标，基于玉米秸秆物料的乳酸得率提高近10％。

【附图说明】

图1乳酸固态发酵工艺的应用对木质纤维素乳酸同步糖化共发酵性能影响；

【具体实施方式】