公布日：2023.11.03
申請(qǐng)日：2023.08.22
分類號(hào)：C12P7/46(2006.01)I;C12N1/14(2006.01)I;C12R1/645(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)酵生產(chǎn)蘋果酸的方法。本發(fā)明的方法包括：將生產(chǎn)蘋果酸的菌種接種到含有工業(yè)廢水的發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，得到蘋果酸，其中所述工業(yè)廢水包括反滲透工藝制備純水過程中產(chǎn)生的濃水。本發(fā)明的方法可以滿足蘋果酸發(fā)酵的要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水的重復(fù)利用，節(jié)能減排，綠色環(huán)保。
權(quán)利要求書
1.一種發(fā)酵生產(chǎn)蘋果酸的方法，其包括：將生產(chǎn)蘋果酸的菌種接種到含有工業(yè)廢水的發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，得到蘋果酸，其中所述工業(yè)廢水包括反滲透工藝制備純水過程中產(chǎn)生的濃水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述濃水中含有Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-和Cl-；優(yōu)選地，所述濃水中Na+的濃度為35-50mg/L，Mg2+的濃度為55-65mg/L，Ca2+的濃度為180-200mg/L，SO42-的濃度為280-300mg/L，Cl-的濃度為120-140mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述濃水的電導(dǎo)率為1200-1800μs/cm；和/或，所述濃水的pH為7.0-7.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)廢水還包括蘋果酸提取工藝中產(chǎn)生的膜濃相廢水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)廢水中，所述濃水與所述膜濃相廢水的體積比為1:1～1:5，優(yōu)選為1:3～1:5，更優(yōu)選為1:3.5～1:4.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述膜濃相廢水通過如下方法得到：將以發(fā)酵法或酶轉(zhuǎn)化法得到的蘋果酸發(fā)酵液進(jìn)行酸解和固液分離，液相經(jīng)膜過濾后得到所述膜濃相廢水。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述膜濃相廢水中包括有機(jī)酸、糖類、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)中的一種或多種；優(yōu)選地，所述膜濃相廢水中含有蘋果酸2wt％-5wt％、丁二酸0.5wt％-2wt％，總氮0.1wt％-0.5wt％，總糖3wt％-5wt％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包括葡萄糖、豆粕粉、CaCO3、生物素、ZnSO4·7H2O和FeSO4·7H2O；優(yōu)選地，每1L所述發(fā)酵培養(yǎng)基包括：葡萄糖150g-250g、豆粕粉125g-175g、CaCO3100g-170g、生物素0.1g-0.3mg、ZnSO4·7H2O0.03g-0.09g、FeSO4·7H2O0.05g-0.2g，余量為工業(yè)廢水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)蘋果酸的菌種為嗜熱毀絲霉菌種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵的溫度為40℃-50℃，罐壓為0.04MPa-0.05MPa，通風(fēng)比0.1vvm-0.2vvm，攪拌轉(zhuǎn)速300rpm-500rpm，溶氧量10％-20％。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明提供了一種利用工業(yè)廢水發(fā)酵生產(chǎn)蘋果酸的方法，不僅使工業(yè)廢水能夠達(dá)到蘋果酸發(fā)酵培養(yǎng)基的使用要求，降低了原料成本，又實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，具有重要的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供一種發(fā)酵生產(chǎn)蘋果酸的方法，其包括：將生產(chǎn)蘋果酸的菌種接種到含有工業(yè)廢水的發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，得到蘋果酸，其中所述工業(yè)廢水包括反滲透工藝制備純水過程中產(chǎn)生的濃水。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述濃水中含有Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-和Cl-。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述濃水中Na+的濃度為35-50mg/L，Mg2+的濃度為55-65mg/L，Ca2+的濃度為180-200mg/L，SO42-的濃度為280-300mg/L，Cl-的濃度為120-140mg/L。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述濃水的電導(dǎo)率為1200-1800μs/cm。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述濃水的pH為7.0-7.5。
本發(fā)明中所述工業(yè)廢水作為溶劑，可以替代配制蘋果酸發(fā)酵用培養(yǎng)基的溶劑(通常為水)，減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的用量，節(jié)約資源。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述工業(yè)廢水還包括蘋果酸提取工藝中產(chǎn)生的膜濃相廢水。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述工業(yè)廢水中，所述濃水與所述膜濃相廢水的體積比為1:1～1:5，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5或它們之間的任意值。
在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述工業(yè)廢水中，所述濃水與所述膜濃相廢水的體積比為1:3～1:5。在一些更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述工業(yè)廢水中，所述濃水與所述膜濃相廢水的體積比為1:3.5～1:4.5。
在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，所述膜濃相廢水通過如下方法得到：
將以發(fā)酵法或酶轉(zhuǎn)化法得到的蘋果酸發(fā)酵液進(jìn)行酸解和固液分離，液相經(jīng)膜過濾后得到所述膜濃相廢水。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述膜濃相廢水中包括有機(jī)酸、糖類、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述膜濃相廢水中含有蘋果酸2wt％-5wt％、丁二酸0.5wt％-2wt％，總氮0.1wt％-0.5wt％，總糖3wt％-5wt％。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包括葡萄糖、豆粕粉、CaCO3、生物素、ZnSO4·7H2O和FeSO4·7H2O。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，每1L所述發(fā)酵培養(yǎng)基包括：葡萄糖150g-250g、豆粕粉125g-175g、CaCO3100g-170g、生物素0.1g-0.3mg、ZnSO4·7H2O0.03g-0.09g、FeSO4·7H2O0.05g-0.2g，余量為工業(yè)廢水。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述生產(chǎn)蘋果酸的菌種為嗜熱毀絲霉菌種。本發(fā)明中所述嗜熱毀絲霉菌種為商業(yè)途徑購買得到。
在一些實(shí)施方式中，先將所述嗜熱毀絲霉菌種接種于固體斜面培養(yǎng)基中培養(yǎng)，然后再接種到搖瓶培養(yǎng)基中培養(yǎng)。
在一些具體實(shí)施方式中，所述固體斜面培養(yǎng)基包括：蔗糖15-25g、瓊脂10-20g、檸檬酸鈉2-3g、KH2PO43-8g、NH4NO41-3g、MgSO4·7H2O0.05-0.2g、CaCl20.05-0.2g、生物素0.05-0.2mg、微量元素溶液1-3mL，其中，微量元素溶液成分(g/L)包括：檸檬酸3-8g、ZnSO4·7H2O0.05-0.2g、Fe(NH4)2SO4·6H2O0.5-2g、CuSO4·5H2O0.1-0.5g、MnSO4·H2O0.01-0.1g、H3BO30.01-0.1g、Na2MoO4·2H2O0.01-0.1g。
在一些具體實(shí)施方式中，所述每1升搖瓶培養(yǎng)基包括：葡萄糖20-40g、豆粕粉5-15g、K2HPO40.1-0.3g、KH2PO40.1-0.3g、MgSO4·7H2O0.05-0.2g、CaCl20.05-0.2g、生物素0.05-0.2mg、微量元素溶液0.5-2mL，其中微量元素溶液成分(g/L)包括：檸檬酸3-8g、ZnSO4·7H2O0.05-0.2g、Fe(NH4)2SO4·6H2O0.5-2g、CuSO4·5H2O0.1-0.5g、MnSO4·H2O0.01-0.1g、H3BO30.01-0.1g、Na2MoO4·2H2O0.01-0.1g。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述發(fā)酵的溫度為40℃-50℃，例如40℃、42℃、45℃、48℃、50℃或它們之間的任意值。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述發(fā)酵的罐壓為0.04MPa-0.05MPa，例如0.04MPa、0.042MPa、0.044MPa、0.046MPa、0.048MPa、0.05MPa或它們之間的任意值。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述發(fā)酵時(shí)的通風(fēng)比為0.1vvm-0.2vvm，例如0.1vvm、0.12vvm、0.14vvm、0.16vvm、0.18vvm、0.2vvm或它們之間的任意值。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述發(fā)酵時(shí)的攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm-500rpm，例如300rpm、350rpm、400rpm、450rpm、500rpm或它們之間的任意值。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述發(fā)酵體系中的溶氧量為10％-20％，例如10％、12％、15％、18％、20％或它們之間的任意值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有以下有益效果：
1.本發(fā)明的發(fā)酵培養(yǎng)基以反滲透工藝制備純水過程中產(chǎn)生的濃水為溶劑，尤其是將濃水與蘋果酸發(fā)酵液過膜后的濃相廢水組合作為溶劑使用后，可以達(dá)到蘋果酸發(fā)酵的要求，蘋果酸轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到甚至高于使用現(xiàn)有的發(fā)酵培養(yǎng)基生產(chǎn)蘋果酸的水平。
2.本發(fā)明的方法既減少了蘋果酸發(fā)酵培養(yǎng)基中糖分、無機(jī)鹽等營養(yǎng)物質(zhì)的用量，降低了原料成本，又實(shí)現(xiàn)了反滲透工藝制備純水產(chǎn)生的濃水和蘋果酸發(fā)酵液過膜后的濃相廢水等工業(yè)廢水的重復(fù)利用，還可以實(shí)現(xiàn)蘋果酸的發(fā)酵生產(chǎn)，節(jié)能減排，綠色環(huán)保，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。
（發(fā)明人：穆曉玲;秦晴;鄭天佑;葛嚴(yán)峰;劉安東;張淵;王舒）
