利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法技术

技术编号：42678942 阅读：11 留言：0更新日期：2024-09-10 12:29

本申请涉及微生物发酵和生物质材料技术领域，公开了一种利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，包括：对黑液进行提纯处理，用提纯后的黑液配制液体发酵培养基；配制种子培养基，在种子培养基中培养极端嗜热厌氧菌，得到菌液；将菌液接种于液体发酵培养基中进行发酵培养，得到乳酸。本申请有效收集制浆黑液中因纤维素和半纤维素部分溶解所释放的五碳糖和六碳糖，通过去除其中对发酵有负面影响的抑制物，使其可被极端嗜热厌氧菌Caldicellulosiruptor代谢并产乳酸，具有较高的发酵转化率。本申请将原本被视为废物的黑液中的木质素和糖类碳源转化为高价值资源，不仅提高了经济效益，同时也显著降低了废水处理的负荷，降低了处理成本。

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【技术实现步骤摘要】

本申请涉及微生物发酵和生物质材料，具体涉及一种利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法。

技术介绍

1、常用的制浆植物原料主要包括纤维素、半纤维素和木质素三种成分。以小麦秸秆为例，其主要成分是纤维素及半纤维素，并含丰富的多糖类物质；其中纤维素含量达35％～45％，半纤维素25％～30％，木质素含量约20％～23％。在化学法制浆工艺中，制浆植物原料中的木质素、半纤维素以及少量纤维素组分在化学品的作用下从原料中溶出形成黑液。不同来源的黑液其cod浓度可以达到15.0～160g/l之间，其中含有大量的五碳糖以及少量的六碳糖，若其不能得到有效的处理或者利用而直接排放，不仅严重污染了环境，而且造成了大量资源的浪费。现有对黑液的利用研究主要集中在木质素和试剂回收方面，而对黑液中这些糖类资源的利用则较少报道。

2、乳酸是一种重要的有机酸，广泛应用于食品、医药、化工、酿造及纺织等领域，其分子结构中含有一个不对称碳原子，有d和l两种光学异构体。聚乳酸是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，其可以生物降解，是理想的绿色高分子材料。现有乳酸的制备方法中，化学法设备投资高，溶剂消耗量高，成本高昂，微生物发酵法相对更加常用。

3、基于此，开发一种利用制浆工艺废弃黑液发酵制备乳酸的方法，具有重要的意义。

技术实现思路

1、本申请提供一种利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，利用制浆黑液中的可溶性糖制备乳酸，解决现有技术中乳酸生产成本高昂、工艺复杂，以及制浆黑液污染环境的问题。</p>

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请的第一方面，提供一种利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，包括：

4、对黑液进行提纯处理，用提纯后的黑液配制液体发酵培养基；

5、配制种子培养基，在种子培养基中培养极端嗜热厌氧菌，得到菌液；

6、将菌液接种于液体发酵培养基中进行发酵培养，得到乳酸。

7、在一些实施方案中，所述提纯处理包括：

8、将黑液用水稀释后进行沉淀，经固液分离得到清液；

9、所述清液在60～90℃进行减压蒸馏，得到浓缩液；

10、浓缩液中加入活性炭进行吸附，经固液分离收集液相，再用吸附树脂进行除杂，即得提纯后的黑液。

11、在一些实施方案中，所述液体发酵培养基以重量百分比计，包括：

12、提纯后的黑液1～80wt％，硫酸铵0.05～0.6wt％，7水合硫酸镁0.05～5wt％，磷酸二氢钾0.1～0.8wt％，十二水合磷酸氢二钠0.1～0.9wt％，余量为水。

13、在一些实施方案中，所述种子培养基以重量百分比计，包括：

14、纤维素1～5wt％，无水葡萄糖0.5～10wt％，硫酸铵0.08～0.2wt％、酵母抽取物0.2～1wt％，蛋白胨0.2～2.0wt％，碳酸钙1～3wt％，余量为水。

15、在一些实施方案中，所述在种子培养基中培养极端嗜热厌氧菌，具体为：

16、向厌氧瓶中加入种子培养基，将极端嗜热厌氧菌的液体菌种在无菌条件下接种于厌氧瓶内，并流加氢氧化钙调节厌氧瓶内发酵液的ph为7；

17、将厌氧瓶置于摇床中，在温度50～80℃、转速为100～250r/min的条件下培养12～24h，得到菌液。

18、在一些实施方案中，所述液体菌种与种子培养基的体积比为(0.02～0.5):1。

19、在一些实施方案中，所述发酵培养，包括：

20、将液体发酵培养基加入发酵罐中，再加入菌液，流加氢氧化钙调节发酵罐内发酵液的ph为6.0～7.0，在温度为50～80℃、转速为50～200r/min的条件下培养12～48h，即得乳酸。

21、在一些实施方案中，所述菌液的用量为液体发酵培养基用量的4～10wt％。

22、在一些实施方案中，所述黑液，包括硫酸盐法制浆黑液、亚硫酸盐法制浆黑液、稀酸预处理法制浆黑液、碱法制浆黑液或有机溶剂法制浆黑液中的一种或多种。

23、在一些实施方案中，所述黑液的制浆原材料包括木本植物、草本植物或食用植物加工获得的木质纤维素生物质材料中的一种或多种。

24、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

25、本申请在回收制浆黑液中木质素的同时，有效收集制浆黑液中因纤维素和半纤维素部分溶解所释放的五碳糖和六碳糖，通过去除其中对发酵有负面影响的抑制物，使其可被能够综合利用各种单糖和多糖的极端嗜热厌氧菌caldicellulosiruptor代谢并产乳酸，具有较高的发酵转化率。

26、本申请为黑液的高附加值利用提供了有效的技术支撑，将原本被视为废物的黑液中的木质素和糖类碳源转化为高价值资源，不仅提高了经济效益，同时也显著降低了废水处理的负荷，降低了处理成本。

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【技术保护点】

1.一种利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述提纯处理包括：

3.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述液体发酵培养基以重量百分比计，包括：

4.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述种子培养基以重量百分比计，包括：

5.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述在种子培养基中培养极端嗜热厌氧菌，具体为：

6.根据权利要求5所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述液体菌种与种子培养基的体积比为(0.02～0.5):1。

7.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述发酵培养，包括：

8.根据权利要求7所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述菌液的用量为液体发酵培养基用量的4～10wt％。

9.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述黑液，包括硫酸盐法制浆黑液、亚硫酸盐法制浆黑液、稀酸预处理法制浆黑液、碱法制浆黑液或有机溶剂法制浆黑液中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述黑液的制浆原材料包括木本植物、草本植物或食用植物加工获得的木质纤维素生物质材料中的一种或多种。

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【技术特征摘要】

1.一种利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述提纯处理包括：

3.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述液体发酵培养基以重量百分比计，包括：

4.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述种子培养基以重量百分比计，包括：

5.根据权利要求1所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述在种子培养基中培养极端嗜热厌氧菌，具体为：

6.根据权利要求5所述的利用木质纤维素制浆工艺废弃黑液制备乳酸的方法，其特征在于，所述液体菌种与种子培养基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，马群，龙海波，陈佳林，胡笑天，臧阳阳，
申请(专利权)人：浙江德诚生物材料有限公司，
类型：发明
国别省市：

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