一種利用甘蔗渣生產(chǎn)富馬酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域,涉及一種利用甘蔗渣生產(chǎn)富馬酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]富馬酸(Fumaric acid)作為一種重要的有機(jī)基本化工原料和大宗化工產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于涂料、樹脂、醫(yī)藥、增塑劑、食品添加劑等領(lǐng)域,具有重要的市場(chǎng)價(jià)值。同時(shí),以富馬酸為原料可以進(jìn)一步合成多種高價(jià)值衍生物,如富馬酸二甲酯(DMF)、富馬酸亞鐵等。另外,富馬酸作為一種重要的四碳平臺(tái)化合物,還可以通過酶催化轉(zhuǎn)化、酯化、加氫等工藝生產(chǎn)L-天冬氨酸、蘋果酸、琥珀酸、馬來酸、1,4-丁二醇、γ-丁內(nèi)酯和四氫呋喃等四碳化合物。
[0003]在糧食短缺的威脅下,探索木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)富馬酸成為化工原料發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成,也是研究的熱點(diǎn)。木質(zhì)纖維素原料是自然界分布最廣、含量最多、價(jià)格低廉,而又未得到充分利用的可再生資源。甘蔗渣作為制糖工業(yè)的副產(chǎn)品,是通過不同方法將糖汁提取后剩余的纖維性殘?jiān)?,其組成以纖維素(43.6% )、半纖維素(21.5% )和木質(zhì)素(26.4% )為主利用蔗渣纖維原料生產(chǎn)富馬酸,可大大緩解蔗渣原料浪費(fèi)的局面。
[0004]在利用微生物進(jìn)行富馬酸發(fā)酵生產(chǎn)的過程中,碳源作為原料中的主要成分對(duì)微生物的生長(zhǎng)代謝起到了至關(guān)重要的作用,幾乎參與微生物代謝的各個(gè)方面。而碳源成本在發(fā)酵成本中占據(jù)著舉足輕重的地位,如何降低碳源的成本,也是微生物發(fā)酵領(lǐng)域密切關(guān)注的焦點(diǎn)。蔗渣中含有30%?35%的半纖維素成分,將此成分通過水解,可轉(zhuǎn)化為被微生物利用的碳源,傳統(tǒng)富馬酸發(fā)酵所用的主要原料是淀粉類,成本較高,而且大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)會(huì)消耗大量糧食,加劇糧食與飼料資源的緊張狀況。而以甘蔗渣為原料生產(chǎn)乳酸,不僅能大大拓展其生產(chǎn)原料的來源、降低原料成本,而且對(duì)解決糧食危機(jī)和減少環(huán)境污染有積極意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種利用甘蔗渣生產(chǎn)富馬酸的方法,利用超聲-微波相聯(lián)合的方法對(duì)甘蔗渣進(jìn)行水解,然后直接利用其水解液發(fā)酵制備富馬酸酸的方法,降低富馬酸的制備成本外,還實(shí)現(xiàn)了廢物利用。
[0006]為了解決上述問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:一種利用甘蔗渣生產(chǎn)富馬酸的方法,包括如下步驟:
1)將甘蔗渣粉碎,過20-40目篩后,將甘蔗渣加入至稀酸中進(jìn)行超聲處理,超聲時(shí)間為2?3 h,超聲溫度為25?40°C,超聲頻率為80-150赫茲,其中,甘蔗渣在烯酸中的濃度為200-300g/L ;
2)將步驟I)得到的料液在微波功率為500W下,加熱0.5-lh后經(jīng)抽濾得到甘蔗渣水解液;
3)將米根霉的孢子懸浮液接種于將種子培養(yǎng)基中進(jìn)行種子培養(yǎng),其中,種子培養(yǎng)基為:甘蔗渣水解液 I O-15ml, H2O 30_40ml,尿素 0.04-0.0.06 g,KH2PO4 0.024-0.028 g,MgSO4* 7H20:0.02-0.025g,ZnSO4 0.044-0.05g,F(xiàn)eSO4* 7H20 0.036-0.042g,pH 2.5-4,在115?121°C條件下滅菌15?20 min ;
4)經(jīng)步驟3)所培養(yǎng)的種子液接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),其中發(fā)酵培養(yǎng)基為:甘蔗渣水解液 40-60ml,H2O 20_40ml,KH2P04 0.024-0.028 g,MgS04*7H20 0.02-0.025g,ZnS04 0.044-0.05g,F(xiàn)eSO4* 7H20 0.036-0.042g,CaCO3 0.32-0.4g,pH 6-7,在 115 ?121°C條件下滅菌15?20 min。
[0007]所述的稀酸為稀硫酸或稀檸檬酸,稀酸的摩爾濃度為0.5-lmol/L。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)稀酸選為稀檸檬酸時(shí),得到甘蔗渣水解液中還原糖得率更高。
[0008]所述的孢子懸浮液是經(jīng)斜面培養(yǎng)6?7天的米根霉用無菌水洗下孢子而制成,孢子懸浮液中孢子濃度為5-6X 17個(gè)/mL,孢子懸浮液接種于種子培養(yǎng)基中的接種量為
2.5-5%。
[0009]優(yōu)選地,種子培養(yǎng)用搖瓶進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)條件為在30?40°C條件下培養(yǎng)28?32h,搖床的轉(zhuǎn)速為200-250 rpm。
[0010]優(yōu)選地,發(fā)酵培養(yǎng)用搖瓶進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)的條件為在30?40°C下培養(yǎng)60?85 h,搖床的轉(zhuǎn)速為200-250 rpm ο
[0011 ] 優(yōu)選地,種子液接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中的接種量為5%?10%。
[0012]有益效果:
1、本發(fā)明將蔗渣通過超聲和微波相結(jié)合對(duì)用稀酸溶解的甘蔗渣進(jìn)行水解處理,無需另外加商品的纖維素水解酶,得到了含有多組分的糖液,而該糖液不需要經(jīng)過脫毒處理,進(jìn)行滅菌后可直接作為碳源來對(duì)米根霉進(jìn)行培養(yǎng)身產(chǎn)富馬酸,簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)水解糖分作為碳源需要脫毒的復(fù)雜的工藝手續(xù)和成本。
[0013]2、甘蔗渣中除含有豐富的纖維素和半纖維素,并含有一定量的蛋白質(zhì),因此其水解液發(fā)酵制備富馬酸時(shí),無需另外添加氮源,進(jìn)一步節(jié)省了原料成本。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了加深對(duì)本發(fā)明的理解,下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述,這些實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0015]斜面培養(yǎng)基:PDA培養(yǎng)基;
富馬酸的HPCL的測(cè)定方法:富馬酸是采用D1NEX summit P680高效液相色譜儀測(cè)定。色譜柱為Aminex HPX-87H柱(B1-Rad),柱溫:65°C紫外檢測(cè)波長(zhǎng)210 nm,流動(dòng)相為5mmol/L !12304,流速為0.8 mL/min,進(jìn)樣量為 20 yL。
[0016]實(shí)施例1
一種利用甘蔗渣生產(chǎn)富馬酸的方法,包括如下步驟:
1)將甘蔗渣粉碎,過20-40目篩后,將200g甘蔗渣加入至IL稀硫酸中進(jìn)行超聲處理,稀硫酸稀酸的摩爾濃度為0.5mol/L,超聲時(shí)間為2 h,超聲溫度為30°C,超聲頻率為80赫茲;
2)將步驟I)得到的料液置于微波爐中,在微波功率為500W下加熱lh,經(jīng)抽濾得到甘蔗渣水解液,經(jīng)測(cè)定,水解液中的總還原糖的濃度為87.6g/L;
3)經(jīng)斜面培養(yǎng)6?7天的米根霉用無菌水洗下孢子配成孢子懸浮液,孢子懸浮液中孢子濃度為6 X 17個(gè)/Ml,取1.2mL接種于種子培養(yǎng)基中,在35°C、200 rpm條件下進(jìn)行種子培養(yǎng)30h ;其中,種子培養(yǎng)基為:甘蔗渣水解液15ml,H2O 30mL,氮源0.08 g,KH2PO4 0.024g,MgSO4*7H20 0.02g,ZnSO4 0.044g,F(xiàn)eSO4*7H20 0.036g,pH 2.5,在 115 ?121°C條件下滅菌 15 ?20 min;
4)取經(jīng)步驟3)所培養(yǎng)的種子液6mL接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中,在35°C、200 rpm條件下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)60h,發(fā)酵結(jié)束后,測(cè)其富馬酸的產(chǎn)量為32g/L,其中發(fā)酵培養(yǎng)基:甘蔗渣水解液 60 mL, H20 20mL,KH2P04 0.024g, MgS04*7H20:0.02g,ZnS04 0.044g, FeS04*7H200.036g CaC03 0.32g,p