專利名稱：一種開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)l-乳酸的調(diào)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物發(fā)酵領(lǐng)域，尤指一種開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法。
背景技術(shù)：
食品廢物是指在食品加工過程中和食用過程中產(chǎn)生的廢物，包括 食品工業(yè)廢物、務(wù)改業(yè)廢物及家庭排除的菜葉瓜皮、殘?jiān)２?泔水) 等，而食品工業(yè)廢物的種類繁多，來源于原料清洗、生產(chǎn)加工、成品 等工序，如釀酒工業(yè)的酒糟、淀粉加工業(yè)的淀粉渣(如玉米渣、薯渣 等)、發(fā)酵工業(yè)的各種菌渣(如醬渣、檸檬酸渣等)、制糖工業(yè)的廢糖 蜜、肉食和果蔬加工業(yè)的動植物殘?jiān)?。這些食品廢物的共同特點(diǎn)是 含水率高(有些高達(dá)85%-90%以上)、有4幾質(zhì)比例高(占干物質(zhì)的95% 以上)、營養(yǎng)元素豐富和易腐爛。
食品廢物含水率較高，不適用于焚燒處理；流動性較大，容易泄 漏，是垃圾填埋場滲濾液的主要來源；并且容易變質(zhì)，生活垃圾堆放 場周圍吃了腐爛變質(zhì)食物的"垃圾豬"和畜禽，是引起各種疾病和傳染 病的纟艮源。
乳酸是一種需求量僅次于檸檬酸的有機(jī)酸，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥 和化學(xué)工業(yè)，是市場暢銷產(chǎn)品。乳酸分子具有旋光性，有光學(xué)異構(gòu)體， 分為D-型，L-型，DL-型。D-型乳酸不能被人體所代謝，因此限制了 它在食品加工等領(lǐng)域的應(yīng)用，而以L-乳酸為原料合成的聚乳酸具有生 物降解性,更顯示出L-乳酸在包裝材料、緩釋劑、農(nóng)用地膜等方面的巨 大潛力，也說明L-乳酸比D-乳酸和DL-乳酸具有更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。當(dāng) 前國際上常常采用乳酸生產(chǎn)原料主要是玉米、紅薯、大米等淀粉質(zhì)農(nóng) 產(chǎn)品，生產(chǎn)成本較高。廚房垃圾具有豐富營養(yǎng)的特點(diǎn)，適合作為乳酸 的發(fā)酵原料，中國發(fā)明專利ZL02138136.4報(bào)道了一種酒糟綜合利用生 產(chǎn)乳酸及青貯飼料的方法，但需在酒糟中加入葡萄糖或淀粉原料、玉米漿以及氮源等營養(yǎng)物質(zhì)，需將酒糟滅菌后進(jìn)行乳酸發(fā)酵，且得到的
是DL-型乳酸。
目前，現(xiàn)有的L-乳酸生產(chǎn)，都必須采用原料滅菌，接種L-乳酸菌 后進(jìn)行生物發(fā)酵而獲得。本發(fā)明將此采用原料不滅菌且不接種L-乳酸 菌的開放式發(fā)酵食品廢物制取-乳酸，以提高L-乳酸占乳酸總產(chǎn)量的比 例，從而省略滅菌操作和接種搡作所需的成本，簡化乳酸發(fā)酵工藝。但 由于底物不經(jīng)任何滅菌措施，廢物中的土著菌群會對L-乳酸的產(chǎn)量和 純度產(chǎn)生影響。因此，必須采取一定調(diào)控措施，使土著的L-乳酸菌成 為優(yōu)勢菌種。而如何在開發(fā)式發(fā)酵過程中達(dá)到以上目的，目前國內(nèi)外 尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、乳酸產(chǎn)量高的開放式發(fā)酵 食品廢物制取L-乳酸的調(diào)控方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào) 控方法包括以下步驟(1 )將食品廢物原料混合破碎成碎粒；(2)破 碎后的食品廢物與水按照質(zhì)量比1:0 ~1:5混合，作為發(fā)酵初始原料； (3 )將發(fā)酵初始原料的起始PH調(diào)節(jié)到6 ~ 7; (4)發(fā)酵初始原料在攪 拌的條件下進(jìn)行開放式發(fā)酵100h~ 120h，發(fā)酵過程中進(jìn)行30-70。C范 圍的變動控溫和pH值4 7范圍的振動調(diào)控；(5)分離、提純，即得 發(fā)酵產(chǎn)物。
進(jìn)一步，步驟(1 )中粉碎的碎粒為1 ~5mm3。
進(jìn)一步，步驟(4)中發(fā)酵初始原料在20 40rpm的條件下攪拌。
進(jìn)一步，步驟(4)中變動控溫方法為發(fā)酵前期的24h，溫度保持 在70。C,發(fā)酵后期的24h~ 126h,溫度保持在30。C。
進(jìn)一步，步驟(4)中pH值4~7范圍的振動調(diào)控為每隔10~14h 用5%~20% ( w/v)氨水將下降的pH值調(diào)回至7。
進(jìn)一步，步驟(4)中pH值4 7范圍的振動調(diào)控為發(fā)酵前期的24h， 每隔10h 14h用5%~20% ( w/v)氨水將下降的pH值調(diào)回至7,發(fā)酵 36h后用5%~20% (w/v)氨水調(diào)節(jié)使之保持pH值為6。
進(jìn)一步，步驟(4)中溫度調(diào)控方式為發(fā)酵前期的24h，溫度保持在70。C;發(fā)酵24h以后，將溫度下調(diào)至30。C,并維持24 h 48h;然 后再將溫度上調(diào)至7(TC,并維持6h 24h后，再將溫度下調(diào)至30。C，并 維持12h 36h。
本發(fā)明的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，無需高溫 滅菌和添加任何營養(yǎng)物，無需嚴(yán)格的無菌操作，工藝筒單、節(jié)能，大 大降低了 L-乳酸的生產(chǎn)成本，并且通過該方法制取出的L-乳酸產(chǎn)量高， 其純度可達(dá)到95°/。以上。


圖1 (a)是在不同的發(fā)酵溫度下餐廚垃圾中的總?cè)樗釢舛入S時(shí)間 的變化關(guān)系圖1 (b)是在不同的發(fā)酵溫度下餐廚垃圾中的L-乳酸占總?cè)樗岬?比例隨時(shí)間的變化關(guān)系圖2餐廚垃圾開放式發(fā)酵中微生物菌群數(shù)量和pH的變化:(■)金黃 色葡萄球菌，(x)總活菌數(shù)量，(〇)乳酸菌，(□)大腸菌，(△)梭 狀桿菌，(* ) pH;
圖3是實(shí)施例1的溫度和pH值調(diào)控圖4是實(shí)施例1的L-乳酸和D-乳酸濃度隨時(shí)間的變化圖5是實(shí)施例2的溫度和pH值調(diào)控圖6是實(shí)施例2的L-乳酸和D-乳酸濃度隨時(shí)間的變化圖7是實(shí)施例3的溫度和pH值調(diào)控圖8是實(shí)施例3的L-乳酸和D-乳酸濃度隨時(shí)間的變化圖9是實(shí)施例4的溫度和pH值調(diào)控圖10是實(shí)施例4的L-乳酸和D-乳酸濃度隨時(shí)間的變化圖。
圖11是實(shí)施例5的溫度和pH值調(diào)控圖12是實(shí)施例5的L-乳酸和D-乳酸濃度隨時(shí)間的變化圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法的依據(jù)之一 如圖1所示，在不同溫度下進(jìn)行恒溫發(fā)酵，70。C時(shí)總?cè)樗釢舛容^低， 但L-乳酸占總?cè)樗岬谋壤芨撸幌喾?(TC時(shí)總?cè)樗釢舛容^高，但L-乳酸占總?cè)樗岬谋壤艿?。?0。C有利于土著L-乳酸菌的生長并成為 優(yōu)勢菌群，而土著D-乳酸菌及其他雜菌的活性受到抑制甚至死亡。因 此，可維持溫度70。C,發(fā)酵24h后再降低溫度至30。C，就能使已成為 優(yōu)勢菌群的土著L-乳酸菌迅速增殖，從而提高L-乳酸產(chǎn)量和純度。
本發(fā)明的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法的依據(jù)之二 如圖2所示。乳酸菌一般耐酸性很強(qiáng)，但pH值6 ~ 7的環(huán)境最適宜其 生長繁殖。因此，可在發(fā)酵初期降低pH值，使餐廚垃圾中原有的不耐 酸雜菌(如大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等致病菌)逐 漸衰亡直至未檢出，從而使體系中的土著乳酸菌成為優(yōu)勢菌群。然后， 將pH值維持在6-7，就能使土著乳酸菌迅速增殖，從而提高乳酸產(chǎn) 量。
實(shí)施例1:
(一)將餐廚垃圾破碎為lmn^的碎粒；(二)破碎后的食品廢物 與水按照質(zhì)量比1:0 ~ 1:5混合，作為發(fā)酵初始原料；(三)將發(fā)酵初始 原料的起始pH調(diào)節(jié)到7;(四)發(fā)酵初始原料在30 rpm攪拌的條件下 進(jìn)行開放式發(fā)酵100h~ 120h,發(fā)酵過程中進(jìn)行溫度30。C -70。C范圍的 變動控溫，發(fā)酵前期的24h，溫度保持在70°C，發(fā)酵后期的24h - 126h， 溫度保持在30°C ,并且每隔12h用10% ( w/v)氨水將下降的pH值調(diào) 回至7;(五)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。 實(shí)施例2:
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)為步驟(四)的pH調(diào)控方式改為 發(fā)酵前24h，每隔12h用10% (w/v)氨水將下降的pH值調(diào)回至7,發(fā) 酵36h后用10% (w/v)氨水調(diào)節(jié)使之保持pH值為6。其它步驟與實(shí) 施例1相同。
實(shí)施例3:
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)為步驟(四)溫度調(diào)控方式改為 發(fā)酵前24h,溫度保持在70°C;發(fā)酵24h以后，將溫度下調(diào)至30°C , 并維持48h (即發(fā)酵72h)后，又將溫度上調(diào)至70。C,并維持12h后， 再將溫度下調(diào)至30。C,并維持12h。其它步驟與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例4:
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)為步驟(四)發(fā)酵過程中保持溫度為3(TC。其它步驟與實(shí)施例l相同。 實(shí)施例5:
( 一 )將白酒酒糟與水按照質(zhì)量比1: 2混合并且進(jìn)行破碎，作為發(fā)酵 初始原料；(二)將發(fā)酵初始原料的起始pH調(diào)節(jié)到6;(三)在發(fā)酵初始 原料中以0.2g (菌體濕重)/100mL (酒糟和水混合物)的接種量加入 千酪乳桿菌(Lactobacillus casei),并且以1.2g/100mL (酒糟和水混合 物)的比例加入纖維素酶；(四)發(fā)酵初始原料在30 rpm攪拌的條件下 進(jìn)行開放式發(fā)酵100h 120h,發(fā)酵過程中進(jìn)行溫度30。C 5(TC范圍的變 動控溫，并且每隔12h用10% (w/v)氨水將下降的pH值調(diào)回至6;
(五)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。本發(fā)明中所使用的干酪乳桿菌
(Lactobacillus casei)分離自酸牛奶。
需要指出的是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
所做出的任何變形，均 不脫離本發(fā)明的精神以及權(quán)利要求記栽的范圍。
權(quán)利要求
1.一種開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，包括以下步驟(1)將食品廢物原料混合破碎成碎粒；(2)破碎后的食品廢物與水按照質(zhì)量比1∶0～1∶5混合，作為發(fā)酵初始原料；(3)將發(fā)酵初始原料的起始pH調(diào)節(jié)到6～7；(4)發(fā)酵初始原料在攪拌的條件下進(jìn)行開放式發(fā)酵100h～120h，發(fā)酵過程中進(jìn)行30～70℃范圍的變動控溫和pH值4～7范圍的振動調(diào)控；(5)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。
2. 如權(quán)利要求1所述的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，其 特征在于，步驟(1)中粉碎的碎粒為1 5mm3。
3. 如權(quán)利要求1所述的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，其 特征在于，步驟(4)中發(fā)酵初始原料在20 40rpm的條件下攪拌。
4. 如權(quán)利要求1所述的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，其 特征在于，步驟(4)中變動控溫方法為發(fā)酵前期的24h，溫度保持在 70°C,發(fā)酵后期的24h 120h,溫度保持在30。C。
5. 如權(quán)利要求1所述的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，其 特征在于，步驟(4)中pH值4 7范圍的振動調(diào)控為每隔10 14h用 5%~20°/。 ( w/v)氨水將下降的pH值調(diào)回至7。
6. 如權(quán)利要求1所述的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，其 特征在于，步驟(4 )中pH值4~7范圍的振動調(diào)控為發(fā)酵前期的24h, 每隔10~14h用5%~20% ( w/v)氨水將下降的pH值調(diào)回至7,發(fā)酵 36h后用5%~20% (w/v)氨水調(diào)節(jié)使之保持pH值為6。
7. 如權(quán)利要求1所述的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，其 特征在于，步驟(4)中溫度調(diào)控方式為發(fā)酵前期的24h，溫度保持 在70。C;發(fā)酵24h以后，將溫度下調(diào)至30。C，并維持24 h 48h;然后 再將溫度上調(diào)至70。C ，并維持6h~24 h后，再將溫度下調(diào)至30°C ,并 維持12h 36h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，包括以下步驟(1)將食品廢物原料混合破碎成碎粒；(2)破碎后的食品廢物與水按照質(zhì)量比1∶0～1∶5混合，作為發(fā)酵初始原料；(3)將發(fā)酵初始原料的起始pH調(diào)節(jié)到6～7；(4)發(fā)酵初始原料在攪拌的條件下進(jìn)行開放式發(fā)酵100h～120h，發(fā)酵過程中進(jìn)行30～70℃范圍的變動控溫和pH值4～7范圍的振動調(diào)控；(5)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。本發(fā)明的開放式發(fā)酵食品廢物生產(chǎn)L-乳酸的調(diào)控方法，無需高溫滅菌和添加任何營養(yǎng)物，無需嚴(yán)格的無菌操作，工藝簡單、節(jié)能，大大降低了L-乳酸的生產(chǎn)成本，并且通過該方法制取出的L-乳酸產(chǎn)量高，其純度可達(dá)到95％以上。
文檔編號C12R1/245GK101671701SQ20091009360
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者劉瑛穎, 汪群慧, 惠 鄒, 瑾 鄭 申請人:北京科技大學(xué)