專利名稱：：以葛根和葛葉為原料發酵高純度l-乳酸的方法
技術領域：
：本發明涉及一種L-乳酸的發酵方法，尤其涉及以非糧作物葛根及其葉為主要原料發酵高光學純度L-乳酸的方法。技術背景乳酸是目前世界上公認的三大有機酸之一，其廣泛應用于食品、醫藥、化工、制革、紡織、環保和農業等諸多領域。目前隨著白色泡沫污染日益嚴重，可生物降解的聚乳酸產品作為有可能取代造成環境污染的白色^i塑產品也越來越受到人們的關注。目前，生產L-乳酸主要采用發酵法。以玉米等淀粉質原料為主，通過細菌或根霉菌的發酵將葡萄糖轉化成L-乳酸，這種生產工藝需要消耗大量玉米等淀粉質糧食作物，由于當今糧食資源日益緊張，糧食作物的價格上漲，原有L-乳酸生產工藝將導致生產成本提高，并造成一定的負面社會影響。因此尋找一種不占用農田的非糧作物作為L-乳酸的發酵原料有很高的經濟利益和長遠的社會利益。葛根為豆科植物葛藤屬。又名野葛、葛條根、粉葛，為多年落葉藤本橫生塊根植物，全株具有黃褐色粗毛，塊根肥大，表面褐色，內面白色。葉互生、具長柄、3出復葉，頂端小葉的柄較長，葉片菱狀圓形。葛根含淀粉69.12%，蛋白質0.09%，粗纖維9.34%，其它1.31%,水分20.12%。葛葉粗蛋白含量高達29%,可作畜牧詞料。葛根在低溫irC以上即可發芽生長，最適溫度2035'C，4月初移栽，翌年12月初收獲，也可當年收獲。葛根是喜光、喜鉀、怕漬耐貧瘠、耐旱，適應能力強。管理粗放,山上、地頭房前房后均可種植。它抗病蟲害，不需打藥，且1次種植，多年受益。葛根作為一種不占農田的非糧作物可以大面積推廣種植，葛根中的淀粉含量髙，葛葉中含有大量蛋白。以葛根為主要原料可以緩解當前L-乳酸發酵工藝對糧食作物的依賴問題。
發明內容本發明針對當今糧食作物資源緊張對L-乳酸發酵行業帶來的成本提髙和產生負面社會影響等問題,提供利用葛根這種非糧作物為主要原料發酵生產高純度L-乳酸的新工藝。本發明改變了以往L-乳酸發酵中使用玉米等糧食作物淀粉質原料的方法，利用非糧作物葛根作為淀粉質原料替代其他糧食作物，結合葛葉中含蛋白量高的特點，以葛葉為主要氮源。充分利用葛根資源，在較高溫度下發酵生產高純度L-乳酸。本發明的以葛根為原料發酵高純度L-乳酸的方法，包括以下步驟1、葛根粉碎，加入重量為葛根粉3.5倍的水，調槳，再加入10單位/克的a-淀粉酶，100105'C液化"8小時；液化液過濾除渣后加入20單位/克的糖化酶，在48~60卩下，糖化15~24小時至糖化完全，得葛根糖水；2、葛葉干燥粉碎，加入重量為葛葉粉4~9倍的4%硫酸溶液(重量百分比),在85~95"下水解36~40小時；3、以葛根糖水為碳源，葛葉水解液為氮源，添加麩皮、棉粕或豆粕糧食加工副產物中的一種或幾種，發酵高純度L-乳酸，最終發酵液中L-乳酸光學純度不低于99%。其中，葛根和葛葉粉碎后細度為40~60目。其中，步驟3中所述的發酵溫度為5358'C。其中，步驟3中所述的發酵時間為50~60小時。其中，步驟3中所述的葛根淀粉糖水在發酵液中的體積百分比為70%~85%，葛葉水解液在發酵液中體積百分比為5"/^7%,麩皮、棉粕或豆粕添加的總質量百分比小于等于1%。步驟3中發酵制備L-乳酸的方法除原料和配比與現有技術不同，其它發酵條件皆參考現有L-乳酸的發酵工藝。上述液化過程，在工業上放大生產后可采用噴射液化，即在105110'C下，經2次噴射液化后'，再在ioor左右液化至完全。有益效果本發明以葛根為碳源、葛葉為氮源發酵高純度L-乳酸的方法，解決了傳統L-乳酸發酵工藝需要消耗大量糧食作物的問題，在降低成本和節約糧食消耗方面有很高的應用價值。本發明選用葛根為發酵的主要原料，充分利用了葛根資源，該作物不占農田，可以大大提高土地的經濟價值。具體實施例方式實施例l:稱取300克葛根粉，細度40目~60目，加1050g水調漿，再加入10單位/克a-淀粉酶，電爐上加熱至10(M05'C液化4小時(工業上采用噴射液化)，碘液檢測合格后使用布氏漏斗過濾得到液化液(工業上采用板框壓慮或帶式過濾機)，加入水使液化液總糖在15%。加入20單位/克的糖化酶，保溫在55r下，糖化20小時至完全，得葛根糖水。稱取20克葛葉粉，細度40目~60目，加入80g的4%硫酸溶液，在85'C下水解36小時，得葛葉水解液。種子液配制取250毫升的三角搖瓶按比例加入葡萄糖60g/L,酵母膏10g/L,蛋白胨10g/L,MgS04-7H200.5g/L，CaC0310g/L，裝液量100毫升，O.lMPa滅菌2(knin,冷卻至55'C。種子液培養接入種子，在恒溫搖床里控制溫度55il'C培養，搖床轉速控制在220轉/分鐘，培養16小時后接入發酵三角瓶。發酵液配制在500毫升三角搖瓶中裝140毫升總糖15%的葛根糖水，加入10毫升葛葉水解液，CaCO320克，加水定容至190毫升，O.lMPa滅菌20min,冷卻至55'C。發酵培養接入種液10毫升，在恒溫搖床里控制溫度55C培養，搖床轉速控制在220轉/分鐘，發酵50小時，發酵結束測定產酸為130g/L。將此L-乳酸發酵液經過提取、純化后獲得L-乳酸經檢測光學純度99%以上。實施例2:稱取300克葛根粉，細度40目~60目，加1050g水調漿，再加入10單位/克a-淀粉酶，電爐上加熱至100105X:液化6小時(工業上采用噴射液化)，碘液檢測合格后使用布氏漏斗過濾得到液化液(工業上采用板框壓慮或帶式過濾機)，加入水使液化液總糖在15%。加入20單位/克的糖化酶，保溫在48'C下，糖化24小時至完全，得葛根糖水。稱取20克葛葉粉，細度40目~60目，加入120g的4%硫酸溶液，在90"下水解40小時，得葛葉水解液。種子液配制取250毫升的三角搖瓶按比例加入葡萄糖60g/L,酵母裔10g/L,蛋白胨10g/L,MgS04'7H200.5g/L，CaC0310g/L,裝液量100毫升，O.lMPa滅菌20min,冷卻至55'C。種子液培養接入種子，在恒溫搖床里控制溫度55irC培養，搖床轉速控制在220轉/分鐘，培養16小時后接入發酵三角瓶。發酵液配置在500毫升三角搖瓶中裝170毫升總糖15%的葛根糖水，加入14毫升葛葉水解液，CaCOs20克，給搖瓶編號(K3號，0號為對照搖瓶，1~3號搖瓶分別加入麩皮2克、棉粕2克、豆粕2克，皆定容至l卯毫升，O.lMPa滅菌20min,冷卻至55'C。發酵培養接入種液10毫升，在恒溫搖床里控制溫度53"C培養，搖床轉速控制在220轉/分鐘，發酵60小時，測定產酸如表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由上表可以看出，在發酵液中加入麩皮、棉粕、豆粕等輔料后能夠進一步提髙產酸，其中加入豆粕的效果最好，加入這幾種輔料對L-乳酸的光學純度都沒有明顯影響。實施例3:稱取300克葛根粉，細度40目~60目，加1050g水調漿，再加入10單位/克a-淀粉酶，電爐上加熱至10(K105'C液化8小時(工業上采用噴射液化)，碘液檢測合格后使用布氏漏斗過濾得到液化液(工業上采用板框壓慮或帶式過濾機)，加入水使液化液總糖在15%。加入20單位/克的糖化酶，保溫在60"C下，糖化15小時至完全，得葛根糖水。稱取20克葛葉粉，細度40目~60目，加入180g的4%硫酸溶液，在95'C下水解38小時，得葛葉水解液。種子液配制取250毫升的三角搖瓶按比例加入葡萄糖60g/L,酵母裔10g/L,蛋白胨10g/L，MgS047H200.5g/L,CaC0310g/L，裝液量100毫升，O.lMPa滅菌20min,冷卻至55'C。種子液培養接入種子，在恒溫搖床里控制溫度55土rC培養，搖床轉速控制在220轉/分鐘，培養16小時后接入發酵三角瓶。發酵液配制在500毫升三角搖瓶中裝160毫升總糖15%的葛根糖水，加入12毫升葛葉水解液，CaCO320克，麩皮0.5克、棉粕0.5克、加水定容至190亳升，O.lMPa滅菌20min，冷卻至55iC。發酵培養接入種液10毫升，在恒溫搖床里控制溫度58'C培養，搖床轉速控制在220轉/分鐘，發酵55小時，發酵結束測定產酸為125g/L。將此L-乳酸發酵液經過提取、純化后獲得L-乳酸經檢測光學純度99%以上。實施例4:采用葛根粉14.4噸,加50.4噸水,調漿，配料加10單位/克a-淀粉酶10L,105'C110'C二次噴射液化后維持溫度IOO'C直至液化完全，經過板框壓慮除渣后得到葛根液化液，泵入75n^標準發酵罐，加入占總體積5%的葛葉液化液和質量百分比為1%的豆粕，再加入滅過菌的CaC03,將55'C預培養16小時的液體種子液接入發酵罐，調整總糖15%，通入無菌空氣，55士rC發酵50小時，產酸140g/L,糖酸轉化率93.3%，L-乳酸光學純度99.3%。以上所述為本發明的優選實施例，但本發明并不局限于上述實施例，任何基于本發明主旨的修改、變化都應當屬于本發明的范疇.權利要求1、一種以葛根和葛葉為原料發酵高純度L-乳酸的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)葛根粉碎，加入重量為葛根粉3.5倍的水，調漿，再加入10單位/克的α-淀粉酶，100～105℃液化4～8小時；液化液過濾除渣后加入20單位/克的糖化酶，在48～60℃下，糖化15～24小時至糖化完全，得葛根糖水；(2)葛葉干燥粉碎，加入重量為葛葉粉4～9倍的4％硫酸溶液，在85～95℃下水解36～40小時；(3)以葛根糖水為碳源，葛葉水解液為氮源，添加麩皮、棉粕或豆粕糧食加工副產物中的一種或幾種，發酵高純度L-乳酸，最終發酵液中L-乳酸光學純度不低于99％。2、根據權利要求l所述的以葛根和葛葉為原料發酵高純度L-乳酸的方法，其特征在于葛根和葛葉粉碎后細度為40~60目。3、根據權利要求l所述的以葛根和葛葉為原料發酵高純度L-乳酸的方法，其特征在于步驟(3)中所述的發酵溫度為53~58'C。4、根據權利要求l所述的以葛根和葛葉為原料發酵高純度L-乳酸的方法，其特征在于步驟(3)中所述的發酵時間為50~60小時。5、根據權利要求l所述的以葛根和葛葉為原料發酵高純度L-乳酸的方法，其特征在于步驟(3)中所述的葛根淀粉糖水在發酵液中的體積百分比為70°/85%,葛葉水解液在發酵液中體積百分比為5%~7%,麩皮、棉粕或豆粕添加的總質量百分比小于等于1%。全文摘要本發明公開了以葛根和葛葉為原料發酵高純度L-乳酸的方法，該方法包括下列步驟1)葛根制糖2)葛葉水解3)以葛根糖液為碳源，葛葉水解液為氮源發酵光學純度不低于99％的L-乳酸。本發明以葛根為原料發酵高純度L-乳酸的方法，解決了傳統L-乳酸發酵工藝需要消耗大量糧食作物的問題，在降低成本和節約糧食消耗方面有很高的應用價值。本發明選用葛根為發酵的主要原料，充分利用了葛根資源，該作物不占農田，可以大大提高土地的經濟價值。文檔編號C12P7/40GK101235395SQ20081002039公開日2008年8月6日申請日期2008年3月4日優先權日2008年3月4日發明者劉建江,揚孫,張志濤,涵白申請人:江蘇道森生物化學有限公司