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专利名称：余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410702375.6

专利申请（专利权）人：韩山师范学院
权利人地址：广东省潮州市湘桥区桥东

专利发明（设计）人：发明人:黄永平,林炜聪,林少敏,王苑仪,陈梓仪

专利摘要：本发明属于乳酸生产技术领域，具体涉及余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，（1）将新鲜余甘子果渣烘干后粉碎，过40?60目筛得余甘子果渣粉；（2）将余甘子果渣粉在稀酸中热处理0.5?1h，然后在剪切下超声处理，过滤得到预处理液；（3）将步骤（2）得到的滤渣进行酶解，过滤得到酶解液；（4）将预处理液和酶解液合并后使用乳酸菌进行发酵，从而得到乳酸。本发明在对余甘子果渣进行酶解和发酵处理以制备乳酸之前，对余甘子果渣进行了稀酸热处理和剪切超声处理，发现通过这样的预处理，可以显著提升余甘子果渣中纤维素的酶解率，从而提升乳酸产率。

主权利要求：
1.余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，其特征在于，所述方法的步骤为：（1）将新鲜余甘子果渣烘干后粉碎，过40?60目筛得余甘子果渣粉；
（2）将余甘子果渣粉在稀酸中热处理0.5?1h，然后在剪切下超声处理，过滤得到预处理液；
（3）将步骤（2）得到的滤渣进行酶解，过滤得到酶解液；
（4）将预处理液和酶解液合并后使用乳酸菌进行发酵，从而得到乳酸；
所述稀酸包括质量体积浓度为1?5%的硫酸水溶液；
所述乳酸菌包括凝结芽孢杆菌；
所述发酵的条件为：温度45?55℃，时间24?48h，pH6.0?6.5；
所述热处理包括在120?130℃下进行处理；
所述剪切条件为：剪切转速8000?12000rpm，运行模式为2min运行、2min间隔的间歇运行模式，运行总时间为20?30min；
所述超声处理的条件为：温度45?55℃，超声功率为400?600w，时间为30?50min；
所述酶解使用纤维素酶进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素酶的用量为15?20FPU/g滤渣。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶解的条件为在50℃、pH4.8?5.2下进行12?24h。 说明书 : 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法技术领域[0001] 本发明属于乳酸生产技术领域，具体涉及余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法。背景技术[0002] 乳酸是一种天然存在的有机酸，广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。乳酸通常是乳酸(C3H6O3)和乳酰乳酸(C6H10O5)的混合物，为无色透明或浅黄色糖浆状的粘性液，几乎无臭或微带有脂肪酸臭，味酸。乳酸的工业化生产主要有化学合成法、酶法和微生物发酵法，我国多采用发酵法。以纤维为原料进行生物转化制备乳酸有很好的应用前景，但其工业化需要解决的问题主要包括：(1)廉价纤维原料的稳定来源；(2)纤维素原料高效、低成本预处理技术；(3)纤维原料组分的合理利用；(4)由于一般纤维质原料比容大，水解液糖浓度低，发酵液中产品乳酸浓度低。[0003] 余甘子是云南省特色药食同源植物。现代药理学研究表明，余甘子有免疫调节、抗肿瘤、抗炎、抑菌、抗氧化等功效，在药用、保健食品方面有较高的开发价值。余甘子常用于果汁加工，余甘子果渣是加工后产生的副产物，其中含有大量膳食纤维。作为云南省广泛种植的经济作物之一，每年经过加工后产生的果渣量巨大，可再利用途径较少，亟需提高副产物加工效益和天然资源利用效率的问题，发明内容[0004] 为了解决上述问题，本发明利用余甘子果渣高纤维含量的特点，将其用于乳酸生产，从而提供了一种余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法。所述方法包括以下步骤：[0005] （1）将新鲜余甘子果渣烘干后粉碎，过40?60目筛得余甘子果渣粉；[0006] （2）将余甘子果渣粉在稀酸中热处理0.5?1h，然后在剪切下超声处理，过滤得到预处理液；[0007] （3）将步骤（2）得到的滤渣进行酶解，过滤得到酶解液；[0008] （4）将预处理液和酶解液合并后使用乳酸菌进行发酵，从而得到乳酸。[0009] 如本文所用，所述新鲜余甘子果渣是指余甘子鲜果经榨汁后得到的果渣，其可以由本领域技术人员容易地自行制备得到或直接购自余甘子加工厂商。[0010] 进一步地，所述稀酸包括质量体积浓度为1?5%的硫酸水溶液，优选2%的稀硫酸。[0011] 进一步地，所述热处理包括在120?130℃下进行处理。[0012] 进一步地，所述剪切条件为：剪切转速8000?12000rpm，运行模式为2min运行、2min间隔的间歇运行模式，运行总时间为20?30min。[0013] 进一步地，所述超声处理的条件为：温度45?55℃，超声功率为400?600w，时间为30?50min。[0014] 如本文所用，过滤的具体方式不受限制，只要可以实现固液分离即可，例如可以使用300目滤布进行过滤。[0015] 进一步地，所述酶解使用纤维素酶进行。[0016] 进一步地，所述纤维素酶的用量为15?20FPU/g滤渣。[0017] 进一步地，所述酶解的条件为在50℃、pH4.8?5.2下进行12?24h。[0018] 进一步地，所述酶解包括将所述滤渣加入到pH4.8?5.2的磷酸盐缓冲液中，然后加入所需量的纤维素酶进行酶解。[0019] 进一步地，所述乳酸菌包括凝结芽孢杆菌。[0020] 进一步地，所述发酵的条件为：温度45?55℃，时间24?48h，pH6.0?6.5。[0021] 本发明的有益效果[0022] 本发明采用酶解结合发酵的方法制备乳酸，为了提升余甘子果渣中纤维素的利用效率，本发明对余甘子果渣进行了稀酸热处理+剪切超声处理的预处理工艺。通过这样的预处理，可以提升余甘子果渣中纤维素的酶解率，从而提升乳酸产率。具体实施方式[0023] 以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。[0024] 实施例1[0025] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0026] （1）将余甘子鲜果经榨汁后得到的新鲜余甘子果渣烘干后粉碎，过60目筛得余甘子果渣粉；[0027] （2）将余甘子果渣粉在2%(w/v)的硫酸中在121℃下处理40min，固液比为1:10，然后在50℃、600w下超声处理40min，在超声处理期间同时运行高速剪切机，剪切转速10000rpm，运行模式为2min运行、2min间隔的间歇运行模式，运行总时间为28min，过滤得到预处理液；[0028] （3）将步骤（2）得到的滤渣加入到pH5.0的磷酸盐缓冲液中，固液比1:10，然后加入20FPU/g滤渣的纤维素酶（Codow，CD119047），在50℃下酶解16h，过滤得到酶解液；[0029] （4）将预处理液和酶解液合并后添加经灭菌的20g/L酵母粉得到发酵培养基，[0030] 将凝结芽孢杆菌（CICCNo.23844）在平板活化培养基（蛋白胨10g/L，牛肉粉10g/L，酵母粉0.5g/L，10g/L葡萄糖，无水乙酸钠0.5g/L，柠檬酸氢二胺0.2g/L，磷酸氢二钾0.2g/L，琼脂20g/L，pH6.5；121℃灭菌20min）上转接活化，培养条件50℃，20h。然后挑取活化好的平板上的单菌落接种到100ml种子培养基（蛋白胨10g/L，牛肉粉10g/L，酵母粉0.5g/L，10g/L葡萄糖，无水乙酸钠0.5g/L，柠檬酸氢二胺0.2g/L，磷酸氢二钾0.2g/L，pH6.5；121℃灭菌20min），50℃摇床振荡培养至OD600为0.6，将得到的种子培养基以5%（v/v）的接种量接种于上述发酵培养基中，在经消毒的发酵罐中在52℃下发酵30h，发酵过程中使用40wt%氢氧化钠溶液自动调节pH为6.0。[0031] 使用高效液相色谱（色谱条件：Bio?radHPX?87H型色谱柱，柱温50℃，流动相5mM硫酸，流速0.6mL/min）分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为58.35g/L。[0032] 实施例2[0033] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0034] （1）将余甘子鲜果经榨汁后得到的新鲜余甘子果渣烘干后粉碎，过60目筛得余甘子果渣粉；[0035] （2）将余甘子果渣粉在2%(w/v)的硫酸中在130℃下处理30min，固液比为1:10，然后在50℃、500w下超声处理30min，在超声处理期间同时运行高速剪切机，剪切转速10000rpm，运行模式为2min运行、2min间隔的间歇运行模式，运行总时间为20min，过滤得到预处理液；[0036] （3）将步骤（2）得到的滤渣加入到pH5.0的磷酸盐缓冲液中，固液比1:10，然后加入15FPU/g滤渣的纤维素酶（Codow，CD119047），在50℃下酶解24h，过滤得到酶解液；[0037] （4）将预处理液和酶解液合并后添加经灭菌的20g/L酵母粉得到发酵培养基，[0038] 将凝结芽孢杆菌（CICCNo.23844）在平板活化培养基（蛋白胨10g/L，牛肉粉10g/L，酵母粉0.5g/L，10g/L葡萄糖，无水乙酸钠0.5g/L，柠檬酸氢二胺0.2g/L，磷酸氢二钾0.2g/L，琼脂20g/L，pH6.5；121℃灭菌20min）上转接活化，培养条件50℃，20h。然后挑取活化好的平板上的单菌落接种到100ml种子培养基（蛋白胨10g/L，牛肉粉10g/L，酵母粉0.5g/L，10g/L葡萄糖，无水乙酸钠0.5g/L，柠檬酸氢二胺0.2g/L，磷酸氢二钾0.2g/L，pH6.5；121℃灭菌20min），50℃摇床振荡培养至OD600为0.6，将得到的种子培养基以5%（v/v）的接种量接种于上述发酵培养基中，在经消毒的发酵罐中在52℃下发酵40h，发酵过程中使用40wt%氢氧化钠自动调节pH为6.0。[0039] 如实施例1所述分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为57.62g/L。[0040] 对比例1[0041] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0042] （1）同实施例1；[0043] （2）将余甘子果渣粉分散到pH5.0的磷酸盐缓冲液中，固液比1:10，然后加入20FPU/g滤渣的纤维素酶（Codow，CD119047），在50℃下酶解16h，过滤得到酶解液；[0044] （3）向酶解液添加经灭菌的20g/L酵母粉得到发酵培养基，其余步骤同实施例1。[0045] 如实施例1所述分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为25.46g/L。[0046] 对比例2[0047] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0048] （1）同实施例1；[0049] （2）将余甘子果渣粉在2%(w/v)的硫酸中在121℃下处理40min，固液比为1:10，过滤得到预处理液；[0050] （3）同实施例1；[0051] （4）同实施例1。[0052] 如实施例1所述分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为32.14g/L。[0053] 对比例3[0054] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0055] （1）同实施例1；[0056] （2）将余甘子果渣粉在2%(w/v)的硫酸中在121℃下处理40min，固液比为1:10，然后在50℃、600w下超声处理40min，过滤得到预处理液；[0057] （3）同实施例1；[0058] （4）同实施例1。[0059] 如实施例1所述分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为48.73g/L。[0060] 对比例4[0061] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0062] （1）同实施例1；[0063] （2）将余甘子果渣粉在水中在121℃下处理40min，固液比为1:10，然后在50℃、600w下超声处理40min，在超声处理期间同时运行高速剪切机，剪切转速10000rpm，运行模式为2min运行、2min间隔的间歇运行模式，运行总时间为28min，过滤得到预处理液；[0064] （3）同实施例1；[0065] （4）同实施例1。[0066] 如实施例1所述分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为41.58g/L。[0067] 对比例5[0068] 余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：[0069] （1）将余甘子鲜果经榨汁后得到的新鲜余甘子果渣烘干后粉碎，过60目筛得余甘子果渣粉；[0070] （2）将余甘子果渣粉在2%(w/v)的硫酸中在121℃下处理40min，固液比为1:10，然后在50℃、600w下超声处理40min，在超声处理期间同时运行高速剪切机，剪切转速10000rpm，运行模式为2min运行、2min间隔的间歇运行模式，运行总时间为28min，过滤得到预处理液；[0071] （3）向预处理液添加经灭菌的20g/L酵母粉得到发酵培养基，其余步骤同实施例1。[0072] 如实施例1所述分析得到的发酵液中的乳酸产量，结果为18.62g/L。[0073] 从实施例1与对比例1?5的比较可知，当不进行预处理直接酶解和发酵时（对比例1），乳酸产量仅为25.46g/L，远不及实施例1的乳酸产量，表面本发明的预处理工艺可以显著增加余甘子果渣纤维发酵生产乳酸的利用率。当只进行酸处理而不进行剪切超声处理时（对比例2），乳酸产量提升有限；当不进行剪切时（对比例3），乳酸产量相比实施例1仍然不足，表明剪切工艺的重要性；当不进行酸处理而只进行剪切超声处理时（对比例4），乳酸产量相比实施例1仍然不足，表明酸处理工艺的重要性，同时从实施例1和对比例4的比较可以看到，酸处理工艺的加入将乳酸产量提升了约16g/L，这样的提升量是出人意料的，表明酸处理与剪切超声处理可以共同作用促进余甘子果渣中纤维素的乳酸转化。[0074] 需要说明的是，本发明的说明书中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

专利地区：广东

专利申请日期：2024-06-02

专利公开日期：2024-10-22

专利公告号：CN118389617B