专利名称：简易的逆向补加纤维质原料的方法
技术领域：
本发明属于酶发酵领域，具体地说，涉及一种简易的逆向补加纤维质原料的方法。
背景技术：
纤维素是由吡喃葡萄糖通过β -1, 4-糖苷键连接而成的高聚多糖分子。纤维质原料是指主要成分为纤维素的一类物质的总称。在纤维质原料利用过程中由于纤维素的高聚合特性导致其在水中的溶解度极差，基本以固体的形式存在。在以纤维原料为碳源的发酵领域，高浓度的纤维质原料会导致溶液粘度过大，对搅拌等设备要求过高能耗要求过大，因而在高浓度纤维质原料发酵过程中往往采用过程补料发酵。通过前期低浓度的纤维质原料以满足微生物前期营养需求，过程中连续或分批补加已达到高浓度发酵的效果。由于纤维素原料的低水溶性导致补加过程中不能直接溶解在水中然后进行常规的溶液补加，目前多采用粉碎成粉后配成溶液流加，此外通过高压液化或通过特殊设计的装备补加也有相关的报道，以上方法在使用方面对设备要求高、耗费成本高，不太容易推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种简易的逆向补加纤维质原料的方法，操作简单，推广容易，降低对设备的要求。本发明的技术解决方案是根据纤维质原料在发酵过程中会被发酵菌株分解利用而溶解，导致发酵液逐渐变稀流动性增强的特性，把发酵罐中流动性好的发酵液通过无菌管道转移至装有要补加的纤维质原料的经过灭菌处理的另一个相连的发酵罐中，通过重复转移发酵液使得发酵液中纤维质碳源的水平达到较高的浓度，实现高浓度纤维质原料发酵；具体补加纤维质原料的步骤如下
(1)准备两个相连的罐，其中一个为发酵罐，另一个为补料罐；
(2)当发酵罐中纤维质原料基本被降解溶液流动性好的时候，在补料罐中加入一定量的纤维质原料不添加水，10(T115°C灭菌15 20min，灭菌后通入无菌空气降温至发酵温度，在补料罐灭菌同时通蒸汽至两个罐子的连接管道高温灭菌IOmin ；
(3)发酵罐中的发酵液通过无菌空气加压压至经过灭菌的补加纤维质原料的补料罐中进行发酵，再对原先的发酵罐清洗空置作为下一循环的补料罐，而补料罐作为新的发酵罐进行发酵；
(4)重复2、3步骤，通过转移发酵液使得发酵液中纤维质碳源的水平达到较高的浓度，直至达到指定的纤维质原料的浓度。其中，所述的纤维质原料为农作物秸杆、草类、林木生物质中的一项或几项的组合；所述的农作物秸杆为稻草、麦草、棉花杆、油菜杆、玉米杆、玉米芯、大豆杆茎、花生杆茎、葵花杆、甘蔗渣中的一种或几种的组合；所述的草类为芒草、柳枝稷、芦苇中的一种或几种的组合；所述的林木生物质为软木、硬木、锯木屑中的一种或几种的组合。其中，所述的纤维质原料为造纸、纺织工业所产生的纤维质相关的原料。
其中，初始发酵的低浓度是根据发酵终浓度及发酵设计的补加次数决定的，没有特别的规定要求。其中，所述的发酵为液体发酵，包括有氧发酵和无氧发酵。本发明的优点是采用逆向思维的方式，在两个相连接的罐之间相互转移发酵液，逆向的将流动性好的发酵液转移至纤维质原料中继续发酵，实现发酵过程中纤维质原料浓度的递加，避免传统纤维质原料添加过程中由于纤维质原料多为不溶于水的固体杆状或团状物质所带来的不方便补加，减除设备要求高的弊端，实现纤维质原料递加补料而高浓度发酵。
图1为本发明的补料设备简图。图2为本发明的补料流程示意图。
具体实施例方式如图1所示，两个相连的罐，其中一个为发酵罐，另一个为补料罐；如图2所示，发酵进行至补加阶段，发酵液通过连接管道压至补料罐，如图2的实线标示，下次补料通过补料罐再压回发酵罐，如图2虚线标示，重复实线、虚线的补料过程，达到最终的补加浓度。下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明。本领域技术人员应当理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。实施例中的纤维质原料采用稻草，湿度为20%左右，平均长度为2厘米左右；预处理是直接将2公斤稻草置于50升的预处理压力容器中，在200°C的湿热蒸汽下分别预处理20,10,5及O分钟 ，预处理后的秸杆烘干后进行粉碎，通过200目的筛子获得粉碎后的预处理后的木质纤维素。实施例1 :以终浓度6% (w/v)的木质纤维素原料有氧发酵生产纤维素酶
以800g的预处理稻草为C源，添加Mandles无机盐培养基(玉米衆(CSL) 3g/L,(MM)2SO41. 4 g/L, KH2PO4 2 g/L, MgSO4 · 7H20 O. 3g/L, FeSO4 · 7H20 5mg/L, ZnSO4 · 7H201.4mg/L, MnSO4 · 7H201. 6mg/L, CoCl2 · 6H20 2mg/L, CaCl2 0. Olg/L)于 50L 的发酵罐定容至40L，121°C灭菌20min，待降温至30°C以10%的接种量接种培养48h的Rutc30的种子悬液，温度为30°C、融氧不低于20%发酵；发酵进行至48h，在与发酵罐相连的空的50L补料罐中加入800g的纤维质原料，115°C灭菌20min通入无菌空气降温至出口空气温度在30°C，在灭补料罐的同时使用高压蒸汽灭菌两个罐的连接管道并冷却，待补料罐的温度及连接管道的温度都降至30°C时，给正在发酵的发酵罐加压并压至补料罐中控制发酵条件继续发酵；待发酵进行至72h重复循环以上的补加木质纤维素过程并发酵，最终发酵罐中的纤维质终浓度达到6% (w/v)，FPA酶活达到3. lu/ml。实施例2 以40% (w/v)的木质纤维素原料采用SSF发酵工艺生产酒精
称取木质纤维素原料40kg、硫酸镁100g、硫酸铵400g、磷酸二氢钾IOOg加入250L发酵罐中，110°C灭菌lOmin，通入无菌空气降温至50°C加入经过除菌的酶液150L (FPA酶活为3u/ml)，搅拌Ih后降温至30°C，以1%的接种量接入培养至对数期的酿酒酵母，厌氧发酵；发酵进行至24h时，在相连接的250L补料罐中加入40kg纤维质原料不加水110°C灭菌IOmin,同时灭菌相连的连接管道，待灭菌完毕降温至30°C用无菌空气加压将发酵罐中的料液转移至补加纤维质原料的补料罐中继续无氧发酵，发酵结束后酒精浓度高达81. 3g/L。实例I及实例2分别是本发明在有氧产酶发酵及无氧酒精发酵的应用，通过逆向的简单的料液转移达到高浓度发酵，降低了对补加设备的要求，同时保证了操作过程的简单易行，易于大规模推广。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精 神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
权利要求
1.简易的逆向补加纤维质原料的方法，其特征是根据纤维质原料在发酵过程中会被发酵菌株分解利用而溶解，导致发酵液逐渐变稀流动性增强的特性，把发酵罐中流动性好的发酵液通过无菌管道转移至装有要补加的纤维质原料的经过灭菌处理的另一个相连的发酵罐中，通过重复转移发酵液使得发酵液中纤维质碳源的水平达到较高的浓度，实现高浓度纤维质原料发酵；具体补加纤维质原料的步骤如下(1)准备两个相连的罐，其中一个为发酵罐，另一个为补料罐；(2)当发酵罐中纤维质原料基本被降解溶液流动性好的时候，在补料罐中加入一定量的纤维质原料不添加水，10(T115°C灭菌15 20min，灭菌后通入无菌空气降温至发酵温度， 在补料罐灭菌同时通蒸汽至两个罐子的连接管道高温灭菌IOmin ；(3)发酵罐中的发酵液通过无菌空气加压压至经过灭菌的补加纤维质原料的补料罐中进行发酵，再对原先的发酵罐清洗空置作为下一循环的补料罐，而补料罐作为新的发酵罐进行发酵；(4)重复2、3步骤，通过转移发酵液使得发酵液中纤维质碳源的水平达到较高的浓度， 直至达到指定的纤维质原料的浓度。
2.根据权利要求1所述的简易的逆向补加纤维质原料的方法，其特征是其中，所述的纤维质原料为农作物秸杆、草类、林木生物质中的一项或几项的组合；所述的农作物秸杆为稻草、麦草、棉花杆、油菜杆、玉米杆、玉米芯、大豆杆茎、花生杆茎、葵花杆、甘蔗渣中的一种或几种的组合；所述的草类为芒草、柳枝稷、芦苇中的一种或几种的组合；所述的林木生物质为软木、硬木、锯木屑中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的简易的逆向补加纤维质原料的方法，其特征是其中，所述的纤维质原料为造纸、纺织工业所产生的纤维质相关的原料。
4.根据权利要求1所述的简易的逆向补加纤维质原料的方法，其特征是其中，初始发酵的低浓度是根据发酵终浓度及发酵设计的补加次数决定的，没有特别的规定要求。
5.根据权利要求1所述的简易的逆向补加纤维质原料的方法，其特征是其中，所述的发酵为液体发酵，包括有氧发酵和无氧发酵。
全文摘要
本发明公开了简易的逆向补加纤维质原料的方法，根据纤维质原料在发酵过程中会被发酵菌株分解利用而溶解，导致发酵液逐渐变稀流动性增强的特性，把发酵罐中流动性好的发酵液通过无菌管道转移至装有要补加的纤维质原料的经过灭菌处理的另一个相连的发酵罐中，通过重复转移发酵液使得发酵液中纤维质碳源的水平达到较高的浓度，实现高浓度纤维质原料发酵；本发明避免传统纤维质原料添加过程中由于纤维质原料多为不溶于水的固体杆状或团状物质所带来的不方便补加，减除设备要求高的弊端，实现纤维质原料递加补料高浓度发酵。
文档编号C12N9/42GK103045570SQ20131001416
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者熊鹏, 贺建龙, 周玉珍, 徐继明 申请人:熊鹏