基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法技术

本发明专利技术适用于秸秆发酵技术领域，公开了一种基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法。该方法是经秸秆前处理、秸秆渣酸碱复合预处理、秸秆汁水解、发酵及固液分离等步骤，制备活菌饲料及L

Straw fermentation and utilization method based on acid-base compound treatment and full utilization of substrate

【技术实现步骤摘要】
基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法


[0001]本专利技术属于秸秆发酵
，涉及一种秸秆发酵利用方法，具体地说是基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法。

技术介绍

[0002]目前，随着农林废弃物资源化利用产业的发展壮大，充分利用秸秆这一农业废弃物来丰富饲料资源或作为生物化工原料来源，对改善我国资源供需矛盾有着重要的现实意义。
[0003]作为饲料主体的粮食相对不足，是制约当前畜牧业发展的主要因素之一，而将秸秆用于饲料制备是我国民间素有的养畜传统，通常利用秸秆作粗饲料，但粗饲料具有消化率低，适口性差，采食量不高以及营养物质不平衡等缺点，不能满足畜禽的饲用需要，尤其，秸秆利用率较低，仍存在资源浪费。
[0004]农业废弃秸秆的基本组成为木质纤维素，其中含量丰富的纤维素和半纤维素经酶解主要生成葡萄糖和木糖，再经发酵生成L
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乳酸，也是一种秸秆发酵利用的有效方法。L
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乳酸作为一种重要的生物化工原料，在食品、医药、保健、现代农业和日用化工等领域中也有广泛应用。秸秆发酵制备L
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乳酸过程中，需对秸秆进行酸或碱预处理及抑制物脱除，抑制物脱除方法包括生物脱除、水洗脱除、过碱化处理、吸附过滤等。抑制物脱除可以除去预处理过程产生的对后续糖化和发酵有负效影响的木质纤维素降解产物及残留的酸或碱等。在抑制物脱除过程中，受生产条件限制，现阶段水洗脱除仍是最常用方法，该方法采用大量水对预处理产物清洗，产生大量废水，导致处理成本高和资源浪费。同时，生物脱除、过碱化处理及吸附过滤存在技术成熟度低、底物利用率低，需要引入复杂的过滤分离设备等问题，带来更高的生产成本。
[0005]在公开号为CN109134230B的名为“一种由木糖、葡萄糖、木聚糖、微晶纤维素及玉米秸秆催化转化制备D
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构型过量的乳酸的方法”的中国专利申请中，公开了利用玉米秸秆制备乳酸的方法，但存在原料组分复杂、秸秆利用率低的问题；在公开号为CN112725386A的名为“一种同步糖化发酵生产L
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乳酸的方法”的中国专利申请中，以氢氧化钠碱溶液去处理秸秆纤维质，虽然提高了秸秆利用率，增加L
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乳酸的产率，但处理过程消耗了大量水资源，不利于节水且增加成本。
[0006]因此，开发一种基质全利用的秸秆发酵利用方法，在节水和秸秆基质高效利用的同时，用于生产L
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乳酸及实现农业废弃物秸秆的高效饲料化利用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的，是提供一种基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法，将秸秆粉碎、固液分离后对固、液分别处理，通过酸碱处理料液中和，实现免除水洗，同时中间产物在发酵过程充分利用，经渣液分离，用于制备活菌饲料和L
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乳酸，达到节水且提高秸秆利用率的目的。
min；所述稀硫酸的质量分数为1.8
‑
2.2％。
[0038]作为本专利技术的进一步限定，步骤S2中，
[0039]所述碱处理是向秸秆渣加入8
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12倍重量的氢氧化钠溶液，115
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120℃静置75
‑
85 min；所述氢氧化钠溶液的质量分数为1.8
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2.2％。
[0040]作为本专利技术的第三种限定，步骤S3中，
[0041]所述酸处理是向秸秆汁加入硫酸溶液，在80
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100℃静置55
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65min，使pH为2.0，得酸处理汁；所述碱中和是向酸处理汁加入氢氧化钠，使pH至7.0，得秸秆汁水解液。
[0042]作为本专利技术的第四种限定，步骤S4中，
[0043]氢氧化钙悬浊液是由质量比为4
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6:100的氢氧化钙粉和秸秆渣碱处理液组成的；
[0044]作为本专利技术的另一种限定，所述发酵的条件是厌氧环境，温度为48
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52℃，pH 为5.0
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6.5，搅拌转速为240
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280rmp；
[0045]所述渣液分离为离心或板框过滤；所述中温干燥的温度为65
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75℃。
[0046]作为本专利技术的进一步限定，所述具木糖代谢产L
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乳酸的凝结芽孢杆菌为嗜热凝结芽孢杆菌LA2104。
[0047]作为本专利技术的再进一步限定，所述具木糖代谢产L
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乳酸的凝结芽孢杆菌是经好氧培养所得。
[0048]作为本专利技术的再进一步限定，所述秸秆包括高粱秸秆或玉米秸秆。
[0049]优选地，所述秸秆为Sorghum bicolor(L.)Moench、Zea mays L.或Sorghum dochna (Forssk.)Snowden经果实及种子采摘后的新鲜秸秆。
[0050]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0051](1)本专利技术基于酸碱中和，将秸秆纤维质酸预处理悬浊液和碱处理渣混匀作为发酵底物，同样利用酸碱中和避免水洗脱过程，同时，秸秆汁水解液还作补料剂起到补充发酵所需葡萄糖和果糖，即碳源和其它营养物质的作用，实现秸秆基质的全利用；
[0052](2)本专利技术在发酵过程中，补料剂采用氢氧化钙悬浊液，用作辅助中和剂，调节发酵液pH；发酵后残渣中所含乳酸钙及蛋白可作为动物钙质及蛋白的补充剂，所含的活性乳酸菌体可改善动物肠道微环境，维持动物体内有益菌群平衡，促进动物健康生长；此外，L
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乳酸钙作为酸度调节剂，可以维持发酵残渣适宜的pH，加之经过乳酸菌发酵后的秸秆残渣具有乳酸菌特有的芳香味，有利于改善饲料适口性；
[0053](3)本专利技术的方法能够节约用水，且实现秸秆高效充分利用，中间产物再利用，降低生产成本，提高L
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乳酸得率；
[0054]本专利技术节约用水、成本低、可工业化生产，显著提高产物转化率，适用于利用秸秆发酵生产活菌饲料及L
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乳酸；本专利技术可应用于秸秆发酵利用
，对于农业废弃物资源化利用有重要意义。
[0055]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作更进一步详细说明。
附图说明
[0056]图1为实施例12中发酵pH条件验证实验结果图；
[0057]图2为实施例12中辅助中和剂选择实验结果图，图2(a)为a组实验结果；图 2(b)为b组实验结果。
[0058]图3为实施例12中湿渣中温干燥的温度选择实验结果图；
具体实施方式
[0059]实施例1一种基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法
[0060](一)材料及好氧培养
[0061]材料：新鲜甜高粱Sorghum bicolor(L.)Moench秸秆、酵母浸粉、玉米浆粉、菌种来源与文献RSC Adv.,2021,9,22336.一致；纤维素酶来源于承德天丰生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法，其特征在于，它包括依次进行的以下步骤：S1. 秸秆前处理将秸秆压榨处理，固液分离；取固相，烘干粉碎，得秸秆渣；取液相，除蛋白质，得秸秆汁；S2. 秸秆渣酸碱复合预处理将14
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18 wt %的秸秆渣经酸处理，得酸预处理悬浊液，备用；将其余秸秆渣经碱处理，所得碱预处理悬浊液进行固液分离，得碱处理液和碱处理渣；S3. 秸秆汁水解将秸秆汁在pH为2.0条件下进行酸处理后经碱中和，使pH至7.0，得秸秆汁水解液；S4. 发酵按酸预处理悬浊液和碱处理渣重量体积比为1L: 1.2kg混匀，得发酵底物；将发酵底物与发酵组合物混匀，以秸秆汁水解液和氢氧化钙悬浊液作补料剂，补料分批发酵，得发酵液；其中，发酵组合物是由质量体积比为30
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35 g : 250
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270 mL : 1 g的具木糖代谢产L
‑
乳酸的凝结芽孢杆菌、纤维素酶及木聚糖酶组成，发酵组合物中木聚糖酶和秸秆的质量比为1:1000；具木糖代谢产L
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乳酸的凝结芽孢杆菌的初始菌体密度为8
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12 g/L；纤维素酶的用量为22
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26 FPU/g秸秆；木聚糖酶的用量为90
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110 U/g秸秆；发酵时间为58
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62 h；S5. 渣液分离取发酵液经渣液分离，得湿渣和底液；取湿渣经中温干燥，得活菌饲料；取底液经纯化，得L
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乳酸。2. 根据权利要求1所述的基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法，其特征在于，所述烘干的温度为75
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85 o
C。3.根据权利要求1所述的基于酸碱复合处理及基质全利用的秸秆发酵利用方法，其特征在于，步骤S2中，所述酸处理是向秸秆渣中加入8
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12倍重量的稀硫酸，在120
‑
140 o
C静置55
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65 min；所述稀硫酸的质量分数为1.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，霍凯，张俊郁，赵素娟，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：