由制纸浆生产乳酸的方法技术

一种生产乳酸的方法，同时进行使纸浆加水分解的酶反应工程和将以所述酶反应工程生成的葡萄糖转化为乳酸的发酵工程。本发明专利技术的乳酸生产方法，是将低价的制纸浆加水分解并生产葡萄糖，通过同时进行酶反应工程和发酵工程不仅可以节省生产费用还可以缩短生产时间，能够用于大量生产乳酸。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用制纸浆生产乳酸的方法，具体地说是涉及一种将制纸浆加水分解的酶反应工程和将通过所述酶反应工程生成的葡萄糖作为基质使用而转换为乳酸的发酵工程同时进行，从而生成乳酸的方法。
技术介绍
作为世界范围内努力提倡的环境保护和减少能源需求的一个环节，目前在国内外都在充分地进行有机废弃物的再利用。在有机废弃物中，有制纸类的再利用工程中废弃的制纸浆、收获后废弃谷物的淀粉和纤维素。其中，在国内废弃的有机物中，每年产生的废纸有830万吨，其中再利用的废纸有500万吨，显示60％的再利用率(环境统计年鉴2001，14号，环境部)。另外，作为其中一种有机废弃物的饮食废弃物，每年产生420万吨，有机性浆类，每年产生550万吨(环境统计年鉴2001，14号，环境部)。另外，可以使用来自山林资源的木质类以及其废弃物。所述有机废资源，可以用作利用生物工程学的方法加水分解乳酸生产微生物的碳资源、有用的生物资源。另一方面，在制纸类的再利用工程中，严重的有作为5～40％的纸类不被使用的浆废弃。该浆的30～40％主要由短纤维素组成。由韩国的制纸产业产生的浆的总量在1992年上升到约为902千吨。如此大量的纸浆，主要通过燃烧处理，但是浆中含有大量的水(60％以上)，必须加入染料进行燃烧处理。2001年，废弃物处理者的委托制纸浆处理费用，平均每吨花费约40,000韩圆，浆处理费用约花费400亿韩圆以上的费用。作为产业上有用的有机酸，代表的乳酸(Lactic Acid)为由3个碳原子组成的有机酸(2-Hydroxypropanoic acid，COOH-HCOH-CH3)，通过葡萄糖的厌氧发酵生产。乳酸的产业用途，工业用占55％，食品用占40％，医药用占5％，食品用主要用于酸味剂，工业用用作皮革产业和化妆品用润湿剂。在医药领域最近倍受瞩目的用途开发，为生物分解性高分子的聚乳酸。现在，聚乳酸的价格高不被广泛使用，但是若大量生产价格下降，预测其需要膨胀。在韩国，生物分解性高分子市场在不久的将来有望到达约500亿圆，可以预测聚乳酸能够占该市场的相当一部分。但是，迄今为止，还没有开发出以适合的价格生产乳酸的方法，现在的情况是用于生产聚乳酸的乳酸全部依靠输入。所以，目前作为家畜饲料的功能性添加剂的乳酸的产业需求也增加，目前急切需求开发出以适宜的价格生产大量乳酸的方法。所以，本专利技术人等，开发了将制纸浆内的纤维素加水分解生产葡萄糖，并将所述葡萄糖作为基质使用的经济的乳酸生产方法，从而完成了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种为了既经济又能大量生产乳酸，将制纸浆加水分解生产乳酸基质的葡萄糖，将所述葡萄糖和微生物一起发酵生产大量乳酸的方法。为达到所述目的，本专利技术提供一种含有由制纸浆生产乳酸基质的葡萄糖的酶反应和将所述葡萄糖转换为乳酸的发酵工程的乳酸生产方法。以下对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种含有将制纸浆加水分解的酶反应工程和将所述酶反应工程生成的葡萄糖转换为乳酸的发酵工程的乳酸生产方法。在本专利技术中为了大量生产用于生产乳酸的基质，通过使用能够大量得到的制纸浆生产乳酸基质的葡萄糖，从而大幅度地减少乳酸生产的费用，通过制纸浆的再利用，可以节省废弃物处理的费用。本专利技术的乳酸生产方法，分为由制纸浆内的纤维素生产葡萄糖的工程和将所述葡萄糖用作基质并转换为乳酸的发酵工程。由本专利技术的制纸浆内的纤维素生产葡萄糖的方法，可以通过添加分解纤维素的酶并使之反应而进行。作为分解所述纤维素并生产葡萄糖的酶，可以使用选自葡聚糖内切酶(endo-glucanase)、葡聚糖外切酶(exo-glucanase)和β-糖苷酶(β-glucosidase)中的一种以上的酶，并不限于这些，优选使用纤维素酶(cellulase)和β-糖苷酶(β-glucosidase)。其中所述纤维素酶由葡聚糖内切酶(endo-glucanase)和葡聚糖外切酶(exo-glucanase)构成，通过它们的复合功能，使浆内的纤维素分解生成所谓纤维二糖的二糖类。另外，所述β-糖苷酶(β-glucosidase)，是关于将前阶段生成的纤维二糖分解生成葡萄糖的酶。所述酶反应工程，可以在使用所述酶显示活性的温度和pH范围内进行，优选在32℃至50℃进行，更优选在42℃至45℃进行。pH优选在pH4.8至pH6.0进行，更优选在pH5.0进行。酶反应工程优选在50℃进行，但是，微生物的生长温度，由于最好在37℃，所以在两温度的中间点的42℃至45℃进行，这是乳酸生产的最优选的温度。另外，酶反应pH优选在pH5进行，微生物生长的pH由于最好在pH6，所以两条件的最适条件为pH5。本专利技术的方法，是通过所述酶反应工程将生成的葡萄糖用作基质从而进行转换为乳酸的发酵工程。本专利技术的发酵工程，可以通过将葡萄糖用作基质，添加并培养能够生产乳酸的微生物，从而生产乳酸。在所述发酵工程中添加的微生物，作为能够将葡萄糖用作基质生产乳酸的微生物，没有特别的限制，优选为乳酸菌属(Lactobacillus)或根霉菌属(Rhizopus)微生物，更优选添加并培养选自Lactobacillus rhamnosus、Rhizopus oryzae和Lactobacillus dellbreukill中的一种或两种以上，最优选使用Lactobacillus rhamnosus。通过Lactobacillus rhamnosus生产乳酸的工程优选在37℃进行。另外，pH优选在pH6.0进行。另外，培养速度，根据浆的浓度优选以100rpm至500rpm进行。具体地说，是在进行利用Lactobacillus rhamnosus由葡萄糖生产乳酸的发酵工程后，分析通过所述发酵工程生成培养液(broth)的成分。其结果，通过HPLC柱的有机酸，依次以柠檬酸(citric acid)、琥珀酸(succincacid)、乳酸、蚁酸(formic acid)、醋酸(acetic acid)、丙酸(propionicacid)的顺序被检测，保留时间分别为10、14、15、16、21.5min。生产有很多种有机酸，但是，97％以上的主要产物为乳酸(参照图18)。在本专利技术中，对所述酶反应工程和发酵工程分别分离进行，但是，也可以使酶反应工程和发酵工程同时进行。如所述，作为用于进行酶反应工程和发酵工程的方法，可以利用将酶反应工程和发酵工程分别分离进行的依次发酵(sequential fermentation；以下简称为“SF”)或将两工程同时进行的同时糖化发酵(simultaneous saccharification andfermentation；以下简称为“SSF”)方法。本专利技术的乳酸生产方法，优选通过SSF方法进行，更优选通过流加培养(fed-batch)或连续式发酵(continuous fermentation)进行。所谓流加培养，是指在初期加入的基质被消耗，微生物不能再进行生长时，将基质加入发酵器中使微生物能够进一步生长的方法，在本实验中，一旦加入制纸浆，制纸浆通过酶转化为葡萄糖，可以用作基质。SF为强酶反应和发酵分离实施的方法。在所述方法中，仅将利用酶的反应工程中生成的反应液分别分离并用于发酵工程，能够除去浆中含量最多的灰(ash本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乳酸生产方法，包括使纸浆加水分解的酶反应工程和将以所述酶反应工程生成的葡萄糖转化为乳酸的发酵工程。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：具润谟，李相穆，
申请(专利权)人：学教法人仁荷学园，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]