【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物炼制领域，特别涉及一种木质纤维素原料的前处理方法。
技术介绍
1、乳酸，化学名2-羟基丙酸，是一种重要的有机酸，其在分子中含有一不对称碳原子的羟基羧酸，具有光学异构体d-乳酸、l-乳酸和消旋乳酸(dl)。其中手性乳酸，即d-乳酸或l-乳酸是合成可降解高分子材料聚乳酸(pla)的聚合单体。pla被视为最有潜力替代石油衍生聚合物的环境友好型材料，常用两步法实现，首先将手性乳酸缩聚成低聚物，再解聚生成丙交酯；然后以丙交酯作为聚合单体合成高分子量的pla。pla通常要求手性乳酸光学纯度大于96％～99％。因此手性乳酸、丙交酯是合成pla的关键。
2、以生产l-乳酸为例，在利用木质纤维素原料生产l-乳酸过程中，阻碍乳酸手性的纯度的障碍主要有两个：l-乳酸生产菌株和木质纤维素原料及生物炼制过程。目前通过基因工程手段敲除d-乳酸脱氢酶基因实现了l-乳酸生产菌株的构建(参见中国专利技术专利申请cn109251938a)，生产的l-乳酸光学纯度达到99.0-99.5％，第一个障碍得以解决。第二个障碍为容易被人忽略的木质纤维素原料及生物炼制过程(包括添加的营养物质)，其对纤维素乳酸的手性纯度也会产生影响。木质纤维素原料中如玉米秸秆、小麦秸秆中含有水溶性碳水化合物，如葡萄糖、果糖、蔗糖等。木质纤维素原料通常因为品种、季节不同而收获时间不同，从种植地收获原料到工业利用生产乳酸往往需要经过一段时间的储存，原料中可发酵糖极易被原料中本身就存在的乳酸菌利用而生成消旋乳酸，并一直存在于整个生物炼制过程中，最终影响手性乳酸的光学纯度
3、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、鉴于上述利用木质纤维素原料存在的问题，本专利技术提供了一种木质纤维素原料的前处理方法，通过将木质纤维素原料中的可溶性单糖提前转化为手性乳酸从而避免混合d-乳酸和l-乳酸生成，能够有效减少后续储存过程中混合d-乳酸和l-乳酸的含量，大幅度消除乳酸消旋现象，为提高木质纤维素原料后续生产单一l-乳酸或d-乳酸、以及进一步合成丙交酯的手性纯度提供有利条件。
2、本专利技术提供了一种木质纤维素原料的前处理方法，所述木质纤维素原料接种能够生产单一d-乳酸或者l-乳酸的乳酸发酵菌株，然后再储存。
3、本专利技术所述木质纤维素原料包括玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、棉花杆、芝麻杆、油菜杆、甜高粱茎秆、玉米芯、稻秆、稻草、稻壳、谷壳、甘蔗渣、稻草、木屑、硬木、软木中的一种或几种。
4、在一些具体的实施方式中，所述木质纤维素原料经过粉碎后再前处理，所述粉碎包括但不限于球磨、碾磨、积压、切碎等方式，例如可以使用锤式粉碎机粉碎或秸秆粉碎机粉碎。
5、在一些具体的实施方式中，所述木质纤维素原料的粒度为5-15mm，进而优选为8-12mm。所述木质纤维素原料的粒度指的是木质纤维素原料碎片的粒度。
6、本专利技术所述乳酸发酵菌株指的是能够利用木质纤维素原料中含有的水溶性碳水化合物发酵生长、并生产单一的d-乳酸或者l-乳酸的菌株。
7、在一些具体的实施方式中，所述乳酸发酵菌株包括生产单一d-乳酸或者l-乳酸的乳酸片球菌、克雷伯氏菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳球菌、植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、粪肠球菌或肠球菌中的任意一种。
8、本专利技术所述生产单一d-乳酸的菌株指的是可以生产单一d-乳酸的光学纯度超过99％的菌株；所述生产单一l-乳酸的菌株指的是可以生产单一l-乳酸光学纯度超过99％的菌株。
9、在一些具体的实施方式中，所述生产单一的d/l-乳酸的乳酸发酵菌株为经过基因工程手段改造，相比于出发菌株，其l/d-乳酸脱氢酶失活，优选为敲除其l/d-乳酸脱氢酶的编码基因。
10、在一些具体的实施方式中，所述生产单一的d-乳酸的乳酸发酵菌株为经过基因工程手段改造，相比于出发菌株，其l-乳酸脱氢酶失活，优选为敲除其l-乳酸脱氢酶的编码基因，和/或，d-乳酸脱氢酶的活性增强。
11、在一些具体的实施方式中，所述生产单一的l-乳酸的乳酸发酵菌株为经过基因工程手段改造，相比于出发菌株，其d-乳酸脱氢酶失活，优选为敲除其d-乳酸脱氢酶的编码基因，和/或，l-乳酸脱氢酶的活性增强。
12、在一些具体的实施方式中，所述d-乳酸脱氢酶、l-乳酸脱氢酶活性增强可以通过增强表达对应酶的相关基因的表达实现，所述增强选自以下1)～3)，或任选的组合：1)通过增加染色体上相关基因的拷贝数而增强；2)通过改变染色体上相关基因的启动子序列而增强；3)通过将强启动子与相关基因可操作地连接而增强。
13、在一些优选的实施方式中，所述乳酸发酵菌株包括乳酸片球菌pediococcusacidilactici zy271、乳酸片球菌pediococcus acidilactici ty112、乳酸片球菌pediococcus acidilactici zp26或乳酸片球菌pediococcus acidilactici zy15中的任意一种或几种的组合。
14、优选地，所述乳酸发酵菌株为乳酸片球菌pediococcus acidilactici zy271，该菌株已于2017年01月13日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称cgmcc，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)，保藏登记号为cgmcc no.13611，其分类命名为乳酸片球菌。参见中国专利技术专利申请cn109251938a，其通过基因工程手段得到了一株高效共发酵葡萄糖和木糖生产光学纯l-乳酸的工程菌株，生产的l-乳酸光学纯度达到99.5-99.9％。
15、优选地，所述乳酸发酵菌株为乳酸片球菌pediococcus acidilactici ty112，该菌株已于2013年12月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称cgmcc，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)，保藏登记号为cgmccno.8664，其分类命名为乳酸片球菌，参见中国专利技术专利申请cn105821071a，其通过基因工程手段敲除d-乳酸脱氢酶实现了l-乳酸生产菌株的构建，生产的l-乳酸光学纯度达到99.5-99.9％；
16、优选地，所述乳酸发酵菌株为d-乳酸生产菌株乳酸片球菌pediococcusacidilactici zp26，该菌株已于2013年12月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述木质纤维素原料接种能够生产单一D-乳酸或者L-乳酸的乳酸发酵菌株，然后再储存。
2.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述木质纤维素原料包括玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、棉花杆、芝麻杆、油菜杆、甜高粱茎秆、玉米芯、稻秆、稻草、稻壳、谷壳、甘蔗渣、稻草、木屑、硬木、软木中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述木质纤维素原料的粒度为5-15mm，进而优选为8-12mm。
4.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述乳酸发酵菌株的类型包括乳酸片球菌、克雷伯氏菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳球菌、植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、粪肠球菌或肠球菌中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述生产单一的D/L-乳酸的乳酸发酵菌株为经过基因工程手段改造，相比于出发菌株，其L/D-乳酸脱氢酶失活，优选为敲除其L/D-乳酸脱氢酶的编码基因。
6.根据权利要求1所述的木质纤
7.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，木质纤维素原料接种乳酸发酵菌株的接种量为5-25％。
8.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述接种采用喷洒方式。
9.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述储存为密封储存，和/或，所述储存时控制环境温度为-10-40℃，和/或，所述储存时环境控制为厌氧。
10.一种乳酸发酵方法，其使用经过权利要求1-9任意一项木质纤维素原料的前处理方法获得的木质纤维素原料作为原料生产乳酸。
...【技术特征摘要】
1.一种木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述木质纤维素原料接种能够生产单一d-乳酸或者l-乳酸的乳酸发酵菌株，然后再储存。
2.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述木质纤维素原料包括玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆、棉花杆、芝麻杆、油菜杆、甜高粱茎秆、玉米芯、稻秆、稻草、稻壳、谷壳、甘蔗渣、稻草、木屑、硬木、软木中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述木质纤维素原料的粒度为5-15mm，进而优选为8-12mm。
4.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述乳酸发酵菌株的类型包括乳酸片球菌、克雷伯氏菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳球菌、植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、粪肠球菌或肠球菌中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的木质纤维素原料的前处理方法，其特征在于，所述生产单一的d/l-乳酸的乳酸发酵菌株为经过基因工程手段改造，相比于出发菌株，其l/d-乳酸脱氢酶失活，优选为敲除其l/d-乳酸脱氢酶的编码基因...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓梦，何妮玲，鲍杰，徐敏，刘修才，
申请(专利权)人：上海凯赛生物技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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