一种发酵与膜分离耦合实现连续批次发酵木质纤维素水解液生产乳酸的方法

本发明公开了一种发酵与膜分离耦合，实现连续批次发酵木质纤维素水解液生产乳酸的方法。该方法是以凝结芽孢杆菌（Bacillus？coagulans）CGMCCC？No.7635为发酵菌种，以木质纤维素水解液中混合糖为碳源。本发明针对发酵过程中微生物对己糖和戊糖利用不同步，导致发酵周期延长，产率低等缺点，提出利用膜分离单元与发酵耦合进行细胞回收连续批次发酵，其步骤包括菌种活化，种子培养，发酵培养，超滤膜过滤，细胞回用，批次发酵。采用此方法可以有效缩短发酵周期，提高菌体对己糖和戊糖混合碳源的利用效率。该方法操作条件温和、稳定性好，对微生物利用木质纤维素水解液中混合糖发酵生产生物化工产品具有普遍的指导意义，具有广阔的工业应用前景。

1.一种发酵与膜分离耦合实现连续批次发酵木质纤维素水解液生产乳酸的方法，其特征在于，该工艺包括以下步骤：(1)木质纤维素的糖化：将木质纤维素原料预处理、酶解，并将预处理得到的液体与酶解得到的液体合并，经纳滤技术浓缩，得到木质纤维素水解液；所述木质纤维素为小麦秸秆、甘蔗渣或柳枝稷；(2)以嗜热乳酸生产菌为菌种，利用木质纤维素水解液在一定发酵条件下生产乳酸，培养基无需灭菌，且发酵过程也不需无菌操作；所述嗜热乳酸生产菌为凝结芽孢杆菌(Bacilluscoagulans)CGMCCNo.7635，保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心；(3)第一批次发酵结束后，启动与发酵罐耦合的膜分离组件，发酵液经泵输送到超滤膜组件中，得到含有乳酸的透过液，截留的菌体细胞返回发酵罐中，最终将发酵液体积浓缩，其中浓缩液主要为具有发酵能力的菌体细胞；(4)浓缩液再作为种子培养物接入下一批次发酵培养基中，以与上一批次完全相同的发酵条件继续发酵，然后再对发酵液再次进行超滤操作，获得含有乳酸的透过液及用作下一批次发酵种子培养的浓缩液；如此循环多次，实现木质纤维素水解液的膜耦合连续批次发酵生产乳酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中木质纤维素预处理方法为稀碱液、稀酸液或者蒸汽爆破方法处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中得到的木质纤维素水解液为己糖和戊糖的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述己糖为葡萄糖、甘露糖或半乳糖；所述戊糖为木糖或阿拉伯糖。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的发酵条件为：温度45～55℃，批次发酵时间20～40h，搅拌转速100～150rpm，使用氢氧化钠、氨水或者碳酸钠控制pH值在6.0～6.5之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中超滤过程为开放式操作，不需无菌操作。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中超滤膜材料为聚砜、聚砜酰胺、聚酰胺、磺化聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、偏聚氯乙烯、聚醚砜、聚醚酮或无机陶瓷膜；膜组件为平板式、管式、宽流道卷式或外压式中空纤维式；超滤膜截留分子量在1万到10万道尔顿之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中使用超滤膜组件将发酵液浓缩为原始体积的5％～20％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中连续发酵批次在5次以上。