利用甜高粱秸秆汁发酵制备L乳酸的方法.pdf

本发明涉及利用生物发酵制备乳酸技术领域，公开了一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法。本发明通过向经过水浴酶解的甜高粱秸秆汁中加入蛋白胨、K2HPO4和MgSO4的浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l的溶液A，将甜高粱秸秆汁配制成为适于发酵产生乳酸的培养基，再向甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌(购于中国工业微生物菌种保藏管理中心)，在适宜的环境中静置厌氧发酵制备得到L-乳酸。本发明首次将甜高粱秸秆汁作为发酵乳酸的原料，用非粮食作物甜高粱替代了粮食作物来发酵生产L-乳酸，节约了原料成本，使甜高粱秸秆的用途更为广泛，达到绿色、循环利用。

1.  一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置水溶液A，水溶液A中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l；
步骤三、配置溶液B，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在40~55℃温度下水浴酶解1.5~3h，得到B溶液；
步骤四、配置溶液C，取100ml的B溶液加入到400ml的A溶液中混合均匀，得到C溶液；
步骤五、发酵制备L-乳酸，在C溶液中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的5~10%，在温度为35~38℃的培养箱中静置厌氧发酵2~4天，制得L-乳酸。

2.  根据权利要求1所述的利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，其特征在于：步骤四所制得的C溶液中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为15g/l、15g/l、0.6g/l。

3.  根据权利要求1所述的利用甜高粱秸秆汁发酵制备L乳酸的方法，其特征在于：步骤五中所述副干酪乳杆菌是从中国工业微生物菌种保藏管理中心所购买，其保藏号为：CICC No.20674。

利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法
技术领域
本发明涉及利用生物发酵制备乳酸技术领域，具体的说是一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法。
背景技术
甜高粱也叫“二代甘蔗”、糖高粱、糖黍、珍珠黍，广泛种植于全球半干旱地区。甜高粱它株高5米，最粗的茎秆直径为4厘米~5厘米，茎秆含糖量很高，因而甘甜可口，可与南方甘蔗媲美。甜高粱可以生食、制糖、制酒，也可以加工成优质饲料。亩产甘蔗2万公斤，产籽种450公斤。
近几年部分科研院所相继开展了甜高粱品种的研究工作,选育出了一批专门用于生产燃料乙醇的高糖高产的优良品种。
L-乳酸作为一种重要的有机酸，广泛应用于食品、农业、环保、医药、饲料、日用品、化工等领域，尤其是L-乳酸聚合物在生产可降解聚合物的研究方面已成为全球关注的热点。
专利CN101805759A提供了一种以木薯粉为原料生产乳酸的方法,是将木薯粉同时液化糖化,在35-45℃下接入鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)CASL CGMCC № 2183得到乳酸；其L-乳酸浓度可达到175g/L，生产速率为1.8g/L.h。专利CN103627739A 提供了一种利用蔗渣纤维素发酵生产L-乳酸的方法，以蔗渣纤维素的酶解液为碳源，接入霉菌发酵得L-乳酸；专利CN102776249A 提供了一种利用米根霉发酵甘薯淀粉制备L-乳酸的方法，以甘薯淀粉为碳源，通过摇瓶的方式接入米根霉从而得到L-乳酸；专利CN102643874A 提供了一种以玉米秸秆为原料发酵生产乳酸的方法,是将芽孢杆菌(Bacillus sp.)接种到以玉米秸秆水解液为唯一碳源的培养基中，从而发酵得到L-乳酸，其L-乳酸产量高达80克/升；糖酸转化率达到94-98％。
上述四种方法均采用不同的原料生产乳酸，但至今没有以甜高粱秸秆为原料生产L-乳酸的报道，并且上述工艺所用周期长、过程复杂，发酵过程不易控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，使甜高粱成为制备L-乳酸的新原料，本方法所利用的甜高粱属于背景技术所述的高糖优良品种，通过对甜高粱秸秆汁进行酶解发酵，能够在短时间内快捷、方便的制取L-乳酸。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置水溶液A，水溶液A中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l；
步骤三、配置溶液B，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在40~55℃温度下水浴酶解1.5~3h，得到B溶液；
步骤四、配置溶液C，取100ml的B溶液加入到400ml的A溶液中混合均匀，得到C溶液；
步骤五、发酵制备L-乳酸，在C溶液中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的5~10%，在温度为35~38℃的培养箱中静置厌氧发酵2~4天，制得L-乳酸。
作为本发明的进一步改进，步骤四所制得的C溶液中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为15g/l、15g/l、0.6g/l。
作为本发明的更进一步改进，步骤五中所述副干酪乳杆菌是从中国工业微生物菌种保藏管理中心所购买，其保藏号为：CICC No.20674(Lactobacillus  paracasei)。
本发明通过向甜高粱秸秆汁中加入溶液A，将甜高粱秸秆汁配制成为适于发酵产生乳酸的培养基，再向甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌(购于中国工业微生物菌种保藏管理中心)，在适宜的环境中静置厌氧发酵制备得到L-乳酸。本发明首次将甜高粱秸秆汁作为发酵乳酸的原料，用非粮食作物甜高粱替代了粮食作物来发酵生产L-乳酸，节约了原料成本，使甜高粱秸秆的用途更为广泛，达到绿色、循环利用。
具体实施方式
下面通过具体实施例、对比例及试验检验数据对本发明的技术方案及有益效果作进一步详细的说明。
实施例1
一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置水溶液A，水溶液A中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l；
步骤三、配置溶液B，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在40℃温度下水浴酶解1.5h，得到B溶液；
步骤四、配置溶液C，取100ml的B溶液加入到400ml的A溶液中混合均匀，得到C溶液，溶液C中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为15g/l、15g/l、0.6g/l；
步骤五、发酵制备L-乳酸，在C溶液中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的5%，在温度为35℃的培养箱中静置厌氧发酵2天，制得L-乳酸。
经检测，步骤五所制备的L-乳酸浓度为8.6g/l，蔗糖乳酸转化率为31.85%，乳酸产量43g/l。
实施例2
一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置水溶液A，水溶液A中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l；
步骤三、配置溶液B，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在50℃温度下水浴酶解2h，得到B溶液；
步骤四、配置溶液C，取100ml的B溶液加入到400ml的A溶液中混合均匀，得到C溶液，溶液C中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别
为15g/l、15g/l、0.6g/l；
步骤五、发酵制备L-乳酸，在C溶液中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的6%，在温度为36℃的培养箱中静置厌氧发酵2.5天，制得L-乳酸。
经检测，步骤五所制备的L-乳酸浓度为9.6g/l，蔗糖乳酸转化率为35.55%，乳酸产量48g/l。
实施例3
一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置水溶液A，水溶液A中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l；
步骤三、配置溶液B，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在45℃温度下水浴酶解2.5h，得到B溶液；
步骤四、配置溶液C，取100ml的B溶液加入到400ml的A溶液中混合均匀，得到C溶液，溶液C中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为15g/l、15g/l、0.6g/l；
步骤五、发酵制备L-乳酸，在C溶液中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的8%，在温度为37℃的培养箱中静置厌氧发酵3天，制得L-乳酸。
经检测，步骤五所制备的L-乳酸浓度为12.9g/l，蔗糖乳酸转化率为47.78%，乳酸产量64.5g/l。
实施例4
一种利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置水溶液A，水溶液A中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为18.75g/l、18.75g/l、0.75g/l；
步骤三、配置溶液B，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在55℃温度下水浴酶解3h，得到B溶液；
步骤四、配置溶液C，取100ml的B溶液加入到400ml的A溶液中混合均匀，得到C溶液，溶液C中蛋白胨、K₂HPO₄和MgSO₄的质量浓度分别为15g/l、15g/l、0.6g/l；
步骤五、发酵制备L-乳酸，在C溶液中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的10%，在温度为38℃的培养箱中静置厌氧发酵4天，制得L-乳酸。
经检测，步骤五所制备的L-乳酸浓度为10.8g/l，蔗糖乳酸转化率为40.00%，乳酸产量54g/l。
在上述4个实施例中，QJH-160B型榨汁机为市场销售的产品，产地为：上海双蝶厨具有限公司大溪分公司，副干酪乳杆菌是从中国工业微生物菌种保藏管理中心所购买，其保藏号为：CICC No.20674。
对比例1
利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置培养基，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在40℃温度下水浴酶解1.5h；
步骤三、在步骤二所述的水浴酶解后的甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的5%，在温度为35℃的培养箱中静置厌氧发酵2天，制得L-乳酸。
经检测，步骤三所制备的L-乳酸浓度为2.6g/l，蔗糖乳酸转化率为1.01%。
对比例2
利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置培养基，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在45℃温度下水浴酶解2h；
步骤三、在步骤二所述的水浴酶解后的甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的6%，在温度为36℃的培养箱中静置厌氧发酵2.5天，制得L-乳酸。
经检测，步骤三所制备的L-乳酸浓度为3.3g/l，蔗糖乳酸转化率为1.29%。
对比例3
利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置培养基，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在50℃温度下水浴酶解2.5h；
步骤三、在步骤二所述的水浴酶解后的甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的8%，在温度为37℃的培养箱中静置厌氧发酵3天，制得L-乳酸。
经检测，步骤三所制备的L-乳酸浓度为6.8g/l，蔗糖乳酸转化率为2.65%。
对比例4
利用甜高粱秸秆汁发酵制备L-乳酸的方法，它包括以下步骤：
步骤一、榨汁，将新鲜甜高粱秸秆用QJH-160B型榨汁机榨汁并过滤，得到甜高粱秸秆汁，将甜高粱秸秆汁放入-20℃的冷库中保藏待用；
步骤二、配置培养基，取1000ml步骤一制备的所述甜高粱秸秆汁，加入70mg酶活力为50u/mg的蔗糖酶，在55℃温度下水浴酶解3h；
步骤三、在步骤二所述的水浴酶解后的甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌，所述副干酪乳杆菌的体积为C溶液体积的10%，在温度为38℃的培养箱中静置厌氧发酵4天，制得L-乳酸。
经检测，步骤三所制备的L-乳酸浓度为5.6g/l，蔗糖乳酸转化率为2.19%。
本发明通过向甜高粱秸秆汁中加入溶液A，将甜高粱秸秆汁配制成为适于发酵产生乳酸的培养基，再向甜高粱秸秆汁中接入副干酪乳杆菌(购于中国工业微生物菌种保藏管理中心)，在适宜的环境中静置厌氧发酵制备得到L-乳酸。由上述对比例与本发明所述技术方案的实施例相对比可以看出，本发明的实施例比未加溶液A的蔗糖乳酸转化率提高约94.45%。
本发明首次将甜高粱秸秆汁作为发酵乳酸的原料，用非粮食作物甜高粱替代了粮食作物来发酵生产L-乳酸，节约了原料成本，使甜高粱秸秆的用途更为广泛，达到绿色、循环利用。