專利名稱：生物膜-電滲析耦合連續(xù)生產(chǎn)l-乳酸工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種L-乳酸的生產(chǎn)工藝，具體的說，是將生物膜法發(fā)酵與電滲析耦合 起來連續(xù)生產(chǎn)L-乳酸的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外生產(chǎn)乳酸的方法主要為發(fā)酵法。菌種有細(xì)菌，米根霉等，發(fā)酵方法多為 批次發(fā)酵，加入CaCO3調(diào)節(jié)發(fā)酵過程的pH值，CaCO3為中和劑對(duì)后提取帶來很大麻煩，乳酸 收率為45%左右。其它中和劑有Ca(OH)2,NH4OH,NaOH等。此外用米根霉發(fā)酵是好氧發(fā)酵， 能耗高，產(chǎn)量低。由于乳酸桿菌可以厭氧發(fā)酵，適合連續(xù)化生產(chǎn)。連續(xù)化發(fā)酵簡化了許多單元操作， 提高了設(shè)備的利用率，具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。乳酸連續(xù)化發(fā)酵工藝從20 世紀(jì)30年代起國外就有不少研究。J. M. Bruno 等(Continuous production of L(+)-lactic acid by Lactobacilluscasei in two-stage systems[J], Appl Microbiol Biotechnol,1999, 51(5) 316-324)用李糖乳酸桿菌，兩級(jí)恒化器和兩級(jí)固定床連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，最佳條 件D12/D2 = 0. 5，第一級(jí)恒化器pH5. 5，37°C，第二級(jí)恒化器pH6.0，45°C ；第一級(jí)固定床 pH6.0，42°C第二級(jí)固定床pH6.0，45°C，用多孔泡沫固定細(xì)胞。中和劑是1. 5mol/L的氨水， 最大乳酸濃度和體積產(chǎn)率分別為48g/L，2. 42g/(L · h)和57. 5g/L，9. 72g/(L · h)。恒化器 設(shè)備最簡單，但存在細(xì)胞沖出問題，即稀釋率不能超過最大比生長速率(Umax)，固定化細(xì)胞 技術(shù)復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)成本高且存在擴(kuò)散障礙，底物進(jìn)入和產(chǎn)物排出受到阻礙。Sunhoon Kwon (High-rate continuous production of lactic acid byLactobacillus rhamnosus in a two-stage menbrane cell-recycle bioreactor[J], Biotechnolgy and Bioengineering, 2001, 73 (1) :25_34)用三種膜-細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng) 器系統(tǒng)進(jìn)行乳酸連續(xù)發(fā)酵研究，中和劑是8mol/L的氨水，菌種是鼠李糖乳酸桿菌。在單級(jí) 膜-細(xì)胞循環(huán)生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，膜組件是中空纖維膜，稀釋率為ο. eetr1，最大乳酸濃度和 最大體積產(chǎn)率為83g/L和22g/L. h。在兩級(jí)膜-細(xì)胞循環(huán)反應(yīng)器系統(tǒng)中，膜組件是平板膜， 總稀釋率為0. 621Γ1，最大乳酸濃度和最大體積產(chǎn)率為92g/L和57g/ (L -h)。在膜細(xì)胞循環(huán) 反應(yīng)器_攪拌發(fā)酵罐系統(tǒng)中，最大乳酸濃度和最大體積產(chǎn)率為87g/L和7g/ (L -h)。膜-細(xì) 胞循環(huán)發(fā)酵法存在膜污染導(dǎo)致通量下降問題，需經(jīng)常對(duì)膜組件清洗維護(hù)。 J.C.Cotton (Continuous lactic acid fermentation using a plastic compositesupport biofilm reactor[J], Applied Microbiology and Biotechnology, 2001,31(4) 161-169)用塑料復(fù)合支持物形成生物膜反應(yīng)器，攪動(dòng)控制生物膜厚度，在稀 釋率0.處-1，125rpm的條件下，乳酸濃度22. 36g/L，產(chǎn)酸速率8. 95g/ (L · h)。林建平(高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，1995年12月，“轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器固定米根霉的L乳酸發(fā) 酵”)用轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器吸附米根霉進(jìn)行連續(xù)化發(fā)酵，PH值用滅菌的CaCO3控制為5，適宜的操作 條件是D = 0. 061Γ1，Ufin= 0. 25vvm，轉(zhuǎn)速25 50rpm及6升的持液量，乳酸濃度82. 5g/L,糖利用率94.5%,產(chǎn)酸速率4. 95g/(L · h)，得率80. 5g/g。吸附法方法比較簡單，可以有 多種形式(轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)管，顆粒狀等)，但細(xì)胞容易脫落，濃度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種原料利用充分、乳酸濃度高且生產(chǎn)效率高的 生物膜-電滲析耦合連續(xù)生產(chǎn)乳酸方法。本發(fā)明的L-乳酸生產(chǎn)方法包括制備用于培養(yǎng)產(chǎn)乳酸菌株的發(fā)酵培養(yǎng)液，將發(fā) 酵培養(yǎng)液加入到生物膜柱式反應(yīng)器內(nèi)，所述的反應(yīng)器內(nèi)裝填有填料，將產(chǎn)乳酸菌株種子接 入反應(yīng)器內(nèi)的填料上，并流加氨水使pH值保持在5. 0 7. 0，溫度40 44°C，培養(yǎng)一段時(shí) 間，待產(chǎn)乳酸菌株覆蓋填料表面后，開始由反應(yīng)器底部流加發(fā)酵培養(yǎng)液進(jìn)行厭氧發(fā)酵以合 成L-乳酸；采用超濾膜對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過濾，截留液中的菌體循環(huán)回生物膜柱式反應(yīng)器，而 滲出液則進(jìn)行電滲析分離得到L-乳酸。所述的發(fā)酵培養(yǎng)液是指所有可用于培養(yǎng)產(chǎn)乳酸菌株的培養(yǎng)液。本發(fā)明方法中，所 述的發(fā)酵培養(yǎng)液包括糖化液和營養(yǎng)物質(zhì)(氮源和玉米漿)。所述的產(chǎn)乳酸菌株是指耐氨的厭氧或兼性厭氧細(xì)菌或真菌。產(chǎn)乳酸菌株通常選自 干酪乳酸桿菌、德氏乳桿菌、瑞士乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、芽孢桿菌、保加利亞乳桿菌或乳酸 乳桿菌等。產(chǎn)乳酸菌株的種子接入量為10% 20%。所述的生物膜柱式反應(yīng)器中裝填的填料可以是組合填料、彈性組合填料、組合式 多孔環(huán)填料，所述填料的形狀為圓環(huán)形，材質(zhì)為聚丙烯。所述填料在柱式反應(yīng)器中的裝填量 一般小于60%。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，發(fā)酵培養(yǎng)液通過反應(yīng)器的稀釋率為0. 1 2. ^Γ1，優(yōu)選為 0. 1 2. Oh-1 ；所述流加氨水的濃度為2 lOmol/L。本發(fā)明的柱式反應(yīng)器的長徑比一般為 2 4 1。所述超濾膜的截留分子量為3000 10000，膜操作壓力2 6bar。滲出液的電滲 析操作電壓3 12伏。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)原料利用充分，污染少。本發(fā)明用低溫雙酶法糖化含糖物質(zhì)，得糖率高，濾渣可做為纖維蛋白飼料，因此可 以提高原料利用率，避免酸及鹽類廢水的產(chǎn)生。(2)提高了菌體濃度和糖利用率，乳酸濃度和產(chǎn)酸速率高。本工藝采用清液生物膜柱式反應(yīng)器連續(xù)厭氧發(fā)酵，乳酸菌被組合式多孔環(huán)填料吸 附，同時(shí)菌體被超濾膜截留，截留的菌體和液體返回到生物膜柱式反應(yīng)器。通過使用生物膜 柱式反應(yīng)器，使乳酸菌吸附于膜上，并通過超濾膜截留乳酸菌有效提高了菌體濃度和糖利 用率，使乳酸濃度，產(chǎn)酸速率，糖酸轉(zhuǎn)化率大幅度提高。(3)提取效率高，能耗低，污染少。本發(fā)明后提取工藝采用超濾-電滲析技術(shù)，提取效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，能耗低，而 且大量減少了酸、堿和樹脂等，降低了生產(chǎn)成本，減少了污染。4附圖 說明

圖1為本發(fā)明工藝方法的流程示意圖。其中，1-蠕動(dòng)泵，2-蠕動(dòng)泵，3-蠕動(dòng)泵，4-尼可尼渦流泵；F 原料液B 發(fā)酵流出液Fs 發(fā)酵流出液至超濾膜組件fr 截留液f 透過液。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明L-乳酸生產(chǎn)工藝的具體步驟包括(1)糖化液的制備將含糖物質(zhì)采用低溫雙酶法糖化，用板框過濾機(jī)過濾得到糖 化液，濾渣可做為纖維蛋白飼料。所得糖化液的濃度一般為130 200g/L。所述的含糖物質(zhì)是指含有糖的農(nóng)作物，優(yōu)選玉米、小麥、紅薯、土豆或糖蜜；其中玉 米、小麥、紅薯和土豆需要先進(jìn)行粉碎，再添加淀粉酶進(jìn)行水解。(2)營養(yǎng)物質(zhì)的制備所述的營養(yǎng)物質(zhì)優(yōu)選豆粕水解液、麩皮和玉米漿；其中豆粕 水解液的制法為將豆粕用硫酸水解，得到豆粕水解液做為氮源。(3)將產(chǎn)乳酸菌株活化，擴(kuò)大培養(yǎng)保存在固體培養(yǎng)基中的菌種用接種環(huán)挑取2 3環(huán)接入種子培養(yǎng)基，轉(zhuǎn)接3次，40 44°C培養(yǎng)每次培養(yǎng)24h，液體中會(huì)出現(xiàn)絲狀的光澤，表 示菌種已經(jīng)在培養(yǎng)基中生長了。將活化后的種子按1 10接入試管及三角瓶進(jìn)行擴(kuò)大培 養(yǎng)，40 44°C培養(yǎng)，鏡檢無異常形態(tài)細(xì)胞，菌體生長旺盛，氣泡產(chǎn)生劇烈。(4)將步驟(1)過濾得到的糖液、其它營養(yǎng)源(豆粕水解液和玉米漿)和氨水加入 生物膜柱式反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)保持PH值在6. 5 7.0，溫度40 44°C，加入步驟(3)的產(chǎn) 乳酸菌株種子，待產(chǎn)乳酸菌株覆蓋填料表面后，開始由反應(yīng)器底部連續(xù)流加原料及營養(yǎng)物 質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵。(5)用超濾組件截留發(fā)酵液中的菌體。(6)將超濾截留的菌體和液體返回到生物膜柱式反應(yīng)器。(7)將以上滲出液進(jìn)行電滲析分離得到L-乳酸。以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法做詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施例中的相關(guān)設(shè)備型號(hào)如下生物膜柱式反應(yīng)器內(nèi)部放置組合式多孔環(huán)填料，反應(yīng)器內(nèi)徑150mm，高度為 350mm。填料為組合式多孔環(huán)填料，圓環(huán)形，規(guī)格Φ150Χ100，廠家江西萍鄉(xiāng)市環(huán)盛催化劑 有限公司。電滲析器兩室多層式，陽、陰極為鈦網(wǎng)涂釕和銥，膜槽尺寸100X250mm，與直流 穩(wěn)壓電源相連，濃、淡水隔板為直流式聚乙烯板厚度2. 5mm,陰、陽離子交換膜為聚乙烯異相 膜，有效膜面積為65X 200mm,共6對(duì)。離子交換膜國家海洋研究所水處理中心制造。平板超濾膜組件膜再生纖維素膜，截留分子量5000，膜面積0. 5m2，膜通量 40 60L/ (m2 · h)，廠家廈門三達(dá)。實(shí)施例1.發(fā)酵培養(yǎng)液制備(1)糖化液制備，采用雙酶水解方法稱取1600g玉米粉加水至8000mL，調(diào)pH值為 6. 0 6. 4，加入a-淀粉酶(600U/g)，CaCl2 (0. 01mol/L)，維持90°C下約40分鐘至碘液檢 測無淀粉。將液化繆PH調(diào)為4.0 4. 5，溫度58 62°C，加入糖化酶(200U/g)維持溫度1小時(shí)。后用過濾器去除殘?jiān)瑸V液用測定葡萄糖濃度后備用，所制備糖化液的葡萄糖濃度 為 180g/L。(2)豆粕水解液制備稱取一定量的豆粕，加入5倍量的水，調(diào)和均勻。按水量的 2%加入濃硫酸，迅速混合均勻，勿使物料局部碳化。通入蒸汽，使料溫升高至95°C以上，保 溫16 24小時(shí)，其間，每隔1小時(shí)攪拌3 5分鐘。水解結(jié)束后，物料呈醬紅色，具果香味。 可直接用于種子罐和發(fā)酵罐培養(yǎng)基的配制，也可降溫后短期保存。(3)發(fā)酵培養(yǎng)液的配制取步驟(1)制備的糖化液、步驟(2)制備的豆粕水解液和 玉米漿(玉米漿購自上海西王淀粉糖有限公司)，按比例配制成發(fā)酵培養(yǎng)液。發(fā)酵培養(yǎng)液組 成為葡萄糖質(zhì)量濃度為150g/L，豆粕水解液體積分?jǐn)?shù)為16%，玉米漿體積分?jǐn)?shù)為0. 7%。實(shí)施例2乳酸桿菌活化，擴(kuò)大培養(yǎng) 實(shí)施例中所使用的干酪乳酸桿菌購自北京食品發(fā)酵研究所。保存在固體培養(yǎng)基中 的菌種用接種環(huán)挑取2 3環(huán)接入種子培養(yǎng)基，42°C培養(yǎng)24h，按1 10接入試管及三角瓶 進(jìn)行擴(kuò)培，42°C培養(yǎng)24h，可以看見菌體大量生成，氣泡產(chǎn)生劇烈。所述種子培養(yǎng)基組成葡萄糖4%，大豆蛋白胨1%，KH2PO4O. 1%, YeastExtract 0. 5%, (NH4)2S040. 4%，輕質(zhì) CaCO3I%，pH 值 6. 0 6. 5。實(shí)施例3稀釋率為0. 41Γ1的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng)液加入到生物膜柱式反應(yīng)器中，溫度42°C。將培養(yǎng)24h 的種子按1 10接入，流加5mol/L的氨水，使PH保持在6. 5 7.0，培養(yǎng)20 30h后，在 組合式多孔環(huán)填料上出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，說明干酪乳酸桿菌已經(jīng)吸附在在填料上，隨后斑點(diǎn)不 斷擴(kuò)大直至覆蓋填料表面。等干酪乳酸桿菌覆蓋填料表面后，開始流加原料儲(chǔ)罐中的發(fā)酵 培養(yǎng)液。發(fā)酵液從生物膜柱式反應(yīng)器流出，進(jìn)入到發(fā)酵液儲(chǔ)罐，同時(shí)發(fā)酵液經(jīng)尼可尼渦流泵進(jìn) 入超濾膜組件，膜操作壓力為5bar，膜通量30L/(m2 · h)，截留的菌體和截留液返回生物膜柱 式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。調(diào)節(jié)1，2，3泵，使稀釋率D = 0.41^。在陰、陽極室內(nèi)注入稀H2SO4，淡水 室內(nèi)注入超濾透過液，濃水室內(nèi)注入蒸餾水。通直流電后，操作電壓6伏，進(jìn)行電滲析分離乳 酸，發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行12天。乳酸濃度118. 5g/L，殘?zhí)菨舛?. 7g/L，產(chǎn)酸速率38. 5g/(L · h)。實(shí)施例4稀釋率為0. StT1的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng)液加入到生物膜柱式反應(yīng)器中，溫度42°C。將培養(yǎng)24h 的種子按1 10接入，流加5mol/L的氨水，使PH保持在6. 5 7.0，培養(yǎng)20 30h后，在 組合式多孔環(huán)填料上出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，說明干酪乳酸桿菌已經(jīng)吸附在在填料上，隨后斑點(diǎn)不 斷擴(kuò)大直至覆蓋填料表面。等干酪乳酸桿菌覆蓋填料表面后，按稀釋率0. Sh-1開始流加原 料儲(chǔ)罐中的發(fā)酵培養(yǎng)液。發(fā)酵液從生物膜柱式反應(yīng)器流出，進(jìn)入發(fā)酵液儲(chǔ)罐，同時(shí)發(fā)酵液經(jīng) 尼可尼渦流泵進(jìn)入通過超濾膜組件，膜操作壓力5bar，透出液的膜通量30L/ (m2 -h)，截留的 菌體和截留液返回生物膜柱式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。調(diào)節(jié)1，2，3泵，使稀釋率D = 0.81^。在 陰、陽極室內(nèi)注入稀H2SO4，淡水室內(nèi)注入超濾透過液，濃水室內(nèi)注入蒸餾水。通直流電后， 操作電壓7伏，進(jìn)行電滲析分離乳酸，發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行12天。乳酸濃度115.2g/L，殘?zhí)菨舛?5. 7g/L，產(chǎn)酸速率 72. 6g/(L*h)。實(shí)施例5稀釋率為1. 21Γ1的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng)液加入到生物膜柱式反應(yīng)器中，溫度42°C。將培養(yǎng)24h 的種子按1 10接入，流加5mol/L的氨水，使PH保持在6. 5 7.0，培養(yǎng)20 30h后，在組合式多孔環(huán)填料上出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，說明干酪乳酸桿菌已經(jīng)吸附在在填料上，隨后斑點(diǎn)不 斷擴(kuò)大直至覆蓋填料表面。等干酪乳酸桿菌覆蓋填料表面后，按稀釋率0. eh-1開始流加儲(chǔ) 罐中的發(fā)酵培養(yǎng)液。發(fā)酵液從生物膜柱式反應(yīng)器流出，進(jìn)入到儲(chǔ)罐，同時(shí)發(fā)酵液經(jīng)尼可尼 渦流泵進(jìn)入超濾膜組件，膜操作壓力5bar，膜通量30L/(m2 · h)，截留的菌體和截留液返回 生物膜柱式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。調(diào)節(jié)1，2，3泵，使稀釋率D= 1.21^。在陰、陽極室內(nèi)注入稀 H2SO4，淡水室內(nèi)注入超濾透過液，濃水室內(nèi)注入蒸餾水。通直流電后，操作電壓8伏，進(jìn)行電 滲析分離乳酸，發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行14天。乳酸濃度103. 6g/L，殘?zhí)菨舛?. 5g/L，產(chǎn)酸速率93. 6g/ (L · h)。實(shí)施例6稀釋率為1. er1的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng)液加入到生物膜柱式反應(yīng)器中，溫度42°C。將培養(yǎng)24h 的種子按1 10接入，流加5mol/L的氨水，使PH保持在6. 5 7.0，培養(yǎng)20-30h后，在組 合式多孔環(huán)填料上出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，說明干酪乳酸桿菌己經(jīng)吸附在在填料上，隨后斑點(diǎn)不斷 擴(kuò)大直至覆蓋填料表面。等干酪乳酸桿菌覆蓋填料表面后，按稀釋率ι. er1開始流加儲(chǔ)罐 中的發(fā)酵培養(yǎng)液。發(fā)酵液從生物膜柱式反應(yīng)器流出，進(jìn)入到儲(chǔ)罐，同時(shí)發(fā)酵液經(jīng)尼可尼渦流 泵進(jìn)入超濾膜組件，膜操作壓力5bar，膜通量30L/ (m2 -h)，截留的菌體和截留液返回生物膜 柱式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。調(diào)節(jié)1，2，3泵，使稀釋率D= 1. eh—1。在陰、陽極室內(nèi)注入稀H2SO4, 淡水室內(nèi)注入超濾透過液，濃水室內(nèi)注入蒸餾水。通直流電后，操作電壓9伏，進(jìn)行電滲析 分離乳酸，發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行10天。乳酸濃度93. 5g/L，殘?zhí)菨舛?6. 8g/L，產(chǎn)酸速率110. 4g/ (L · h)。實(shí)施例7用德氏乳桿菌發(fā)酵，稀釋率為0. eh—1的實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)使用的德氏乳桿菌購自中科院微生物所。將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng)液加 入到生物膜柱式反應(yīng)器中，溫度45°C。將培養(yǎng)24h的種子按1 10接入，流加5mol/L的氨 水，使PH保持在4. 5 5. 5，培養(yǎng)20 30h后，在組合式多孔環(huán)填料上出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，說明 德氏乳桿菌已經(jīng)吸附在在填料上，隨后斑點(diǎn)不斷擴(kuò)大直至覆蓋填料表面。等德氏乳酸桿菌 覆蓋填料表面后，按稀釋率0. eh—1開始流加儲(chǔ)罐中的發(fā)酵培養(yǎng)液。發(fā)酵液從生物膜柱式反 應(yīng)器流出，進(jìn)入到儲(chǔ)罐，同時(shí)發(fā)酵液經(jīng)尼可尼渦流泵進(jìn)入超濾膜組件，膜操作壓力5bar，膜 通量30L/(m2*h)，截留的菌體和截留液返回生物膜柱式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。調(diào)節(jié)1，2，3泵， 使稀釋率D = O.eh—1。在陰、陽極室內(nèi)注入稀H2SO4，淡水室內(nèi)注入超濾透過液，濃水室內(nèi)注 入蒸餾水。通直流電后，操作電壓8伏，進(jìn)行電滲析分離乳酸，發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行10天。乳酸濃 度 110. 5g/L，殘?zhí)菨舛?3. 8g/L，產(chǎn)酸速率 57. 4g/ (L · h)。實(shí)施例8用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵，稀釋率為1. Oh"1的實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)使用的鼠李糖乳桿菌購自中科院微生物所。將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng) 液加入到生物膜柱式反應(yīng)器中，溫度42°C。將培養(yǎng)24h的種子按1 10接入，流加5mol/ L的氨水，使pH保持在5. 0 6. 0，培養(yǎng)20 30h后，在組合式多孔環(huán)填料上出現(xiàn)白色斑 點(diǎn)，說明鼠李糖乳桿菌已經(jīng)吸附在在填料上，隨后斑點(diǎn)不斷擴(kuò)大直至覆蓋填料表面。等鼠李 糖乳桿菌覆蓋填料表面后，按稀釋率1. Oh-1開始流加儲(chǔ)罐中的發(fā)酵培養(yǎng)液。發(fā)酵液從生物 膜柱式反應(yīng)器流出，進(jìn)入到儲(chǔ)罐，同時(shí)發(fā)酵液經(jīng)尼可尼渦流泵進(jìn)入超濾膜組件，膜操作壓力 5bar，膜通量30L/(m2 · h)，截留的菌體和截留液返回生物膜柱式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵。調(diào)節(jié)1， 2，3泵，使稀釋率D= LOr10在陰、陽極室內(nèi)注入稀H2SO4，淡水室內(nèi)注入超濾透過液，濃水室內(nèi)注入蒸餾水。通直流電后，操作電壓9伏，進(jìn)行電滲析分離乳酸，發(fā)酵持續(xù)進(jìn)行10天。 乳酸濃度91. 5g/L，殘?zhí)菨舛?0. 8g/L，產(chǎn)酸速率65. 4g/(L · h)。比較例1 用干酪乳酸桿菌，發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)乳酸將實(shí)施例1制備的發(fā)酵培養(yǎng)液加入到15L B. braun發(fā)酵罐，溫度42°C。將培養(yǎng)24h 的種子按1 10接入，流加5mol/L的氨水，使PH保持在6.5 7.0，發(fā)酵721!。乳酸濃度 138. 7g/L，殘?zhí)菨舛?1. 81g/L，產(chǎn)酸速率 1. 93g/(L · h)。

本發(fā)明實(shí)施例中采用的分析方法如下葡萄糖，L-乳酸濃度采用SBA-40C型生物傳感分析儀測定；L-乳酸的定性測定由于乳酸具有旋光性，因此采用HPLC儀(Waters公司)，手性 柱，檢測器折光檢測器。
權(quán)利要求
1.一種生物膜-電滲析耦合連續(xù)生產(chǎn)L-乳酸工藝，包括制備用于培養(yǎng)產(chǎn)乳酸菌株 的發(fā)酵培養(yǎng)液，將發(fā)酵培養(yǎng)液加入到生物膜柱式反應(yīng)器內(nèi)，所述的反應(yīng)器內(nèi)裝填有填料，將 產(chǎn)乳酸菌株種子接入反應(yīng)器內(nèi)的填料上，并流加氨水使PH值保持在5. 0 7. 0，溫度保持 40 44°C，培養(yǎng)一段時(shí)間，待產(chǎn)乳酸菌株覆蓋填料表面后，開始由反應(yīng)器底部流加發(fā)酵培 養(yǎng)液進(jìn)行厭氧發(fā)酵以合成L-乳酸；采用超濾膜對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過濾，截留液中的菌體循環(huán)回 生物膜柱式反應(yīng)器，而滲出液則進(jìn)行電滲析分離得到L-乳酸。
2.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述的產(chǎn)乳酸菌株是指耐氨的厭氧 或兼性厭氧細(xì)菌或真菌。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的工藝方法，其特征在于，所述的產(chǎn)乳酸菌株選自干酪乳酸 桿菌、德氏乳桿菌、瑞士乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、芽孢桿菌、保加利亞乳桿菌或乳酸乳桿菌。
4.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述生物膜柱式反應(yīng)器中裝填的填 料為組合填料、彈性組合填料或組合式多孔環(huán)填料，所述填料的形狀為圓環(huán)形，材質(zhì)為聚丙 火布。
5.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述產(chǎn)乳酸菌株的種子接入量為 10% 20%。
6.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述填料在柱式反應(yīng)器中的裝填量 小于60%。
7.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述的發(fā)酵培養(yǎng)液通過反應(yīng)器的稀 釋率為0. 1 2. 81Γ1。
8.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述的發(fā)酵培養(yǎng)液通過反應(yīng)器的稀 釋率為0. 1 2. Or10
9.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述流加氨水的濃度為2 IOmol/L0
10.按照權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述超濾膜的截留分子量為3000 10000，膜操作壓力2 6baro
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生物膜-電滲析耦合連續(xù)生產(chǎn)L-乳酸的工藝方法。本發(fā)明采用清液生物膜柱式反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)厭氧發(fā)酵，產(chǎn)乳酸菌株被組合式多孔環(huán)填料吸附，采用超濾膜對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過濾，菌體被超濾膜截留，截留的菌體和液體返回到生物膜柱式反應(yīng)器，采用電滲析L-乳酸進(jìn)行分離。本發(fā)明方法使用生物膜柱式反應(yīng)器，使產(chǎn)乳酸菌株吸附于膜上，通過超濾膜截留乳酸菌有效提高了菌體濃度和糖利用率，使乳酸濃度，產(chǎn)酸速率，糖酸轉(zhuǎn)化率大幅度提高。
文檔編號(hào)C12R1/245GK102041279SQ20091020429
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者唐開宇, 高大成 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院