公布日：2023.11.03
申请日：2023.08.22
分类号：C12P7/46(2006.01)I;C12N1/14(2006.01)I;C12R1/645(2006.01)N
摘要
本发明提供一种发酵生产苹果酸的方法。本发明的方法包括：将生产苹果酸的菌种接种到含有工业废水的发酵培养基中进行发酵，得到苹果酸，其中所述工业废水包括反渗透工艺制备纯水过程中产生的浓水。本发明的方法可以满足苹果酸发酵的要求，同时实现工业废水的重复利用，节能减排，绿色环保。
权利要求书
1.一种发酵生产苹果酸的方法，其包括：将生产苹果酸的菌种接种到含有工业废水的发酵培养基中进行发酵，得到苹果酸，其中所述工业废水包括反渗透工艺制备纯水过程中产生的浓水。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述浓水中含有Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-和Cl-；优选地，所述浓水中Na+的浓度为35-50mg/L，Mg2+的浓度为55-65mg/L，Ca2+的浓度为180-200mg/L，SO42-的浓度为280-300mg/L，Cl-的浓度为120-140mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述浓水的电导率为1200-1800μs/cm；和/或，所述浓水的pH为7.0-7.5。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述工业废水还包括苹果酸提取工艺中产生的膜浓相废水。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述工业废水中，所述浓水与所述膜浓相废水的体积比为1:1～1:5，优选为1:3～1:5，更优选为1:3.5～1:4.5。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述膜浓相废水通过如下方法得到：将以发酵法或酶转化法得到的苹果酸发酵液进行酸解和固液分离，液相经膜过滤后得到所述膜浓相废水。
7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，所述膜浓相废水中包括有机酸、糖类、蛋白质和矿物质中的一种或多种；优选地，所述膜浓相废水中含有苹果酸2wt％-5wt％、丁二酸0.5wt％-2wt％，总氮0.1wt％-0.5wt％，总糖3wt％-5wt％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述发酵培养基还包括葡萄糖、豆粕粉、CaCO3、生物素、ZnSO4·7H2O和FeSO4·7H2O；优选地，每1L所述发酵培养基包括：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，余量为工业废水。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述生产苹果酸的菌种为嗜热毁丝霉菌种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述发酵的温度为40℃-50℃，罐压为0.04MPa-0.05MPa，通风比0.1vvm-0.2vvm，搅拌转速300rpm-500rpm，溶氧量10％-20％。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题之一，本发明提供了一种利用工业废水发酵生产苹果酸的方法，不仅使工业废水能够达到苹果酸发酵培养基的使用要求，降低了原料成本，又实现了节能减排，具有重要的环境效益和经济效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种发酵生产苹果酸的方法，其包括：将生产苹果酸的菌种接种到含有工业废水的发酵培养基中进行发酵，得到苹果酸，其中所述工业废水包括反渗透工艺制备纯水过程中产生的浓水。
根据本发明的一些实施方式，所述浓水中含有Na+、Mg2+、Ca2+、SO42-和Cl-。
根据本发明的一些实施方式，所述浓水中Na+的浓度为35-50mg/L，Mg2+的浓度为55-65mg/L，Ca2+的浓度为180-200mg/L，SO42-的浓度为280-300mg/L，Cl-的浓度为120-140mg/L。
根据本发明的一些实施方式，所述浓水的电导率为1200-1800μs/cm。
根据本发明的一些实施方式，所述浓水的pH为7.0-7.5。
本发明中所述工业废水作为溶剂，可以替代配制苹果酸发酵用培养基的溶剂(通常为水)，减少培养基中营养物质的用量，节约资源。
根据本发明的一些实施方式，所述工业废水还包括苹果酸提取工艺中产生的膜浓相废水。
根据本发明的一些实施方式，所述工业废水中，所述浓水与所述膜浓相废水的体积比为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或它们之间的任意值。
在一些优选实施方式中，所述工业废水中，所述浓水与所述膜浓相废水的体积比为1:3～1:5。在一些更优选实施方式中，所述工业废水中，所述浓水与所述膜浓相废水的体积比为1:3.5～1:4.5。
在一些优选实施方式中，所述膜浓相废水通过如下方法得到：
将以发酵法或酶转化法得到的苹果酸发酵液进行酸解和固液分离，液相经膜过滤后得到所述膜浓相废水。
根据本发明的一些实施方式，所述膜浓相废水中包括有机酸、糖类、蛋白质和矿物质中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述膜浓相废水中含有苹果酸2wt％-5wt％、丁二酸0.5wt％-2wt％，总氮0.1wt％-0.5wt％，总糖3wt％-5wt％。
根据本发明的一些实施方式，所述发酵培养基还包括葡萄糖、豆粕粉、CaCO3、生物素、ZnSO4·7H2O和FeSO4·7H2O。
根据本发明的一些实施方式，每1L所述发酵培养基包括：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，余量为工业废水。
根据本发明的一些实施方式，所述生产苹果酸的菌种为嗜热毁丝霉菌种。本发明中所述嗜热毁丝霉菌种为商业途径购买得到。
在一些实施方式中，先将所述嗜热毁丝霉菌种接种于固体斜面培养基中培养，然后再接种到摇瓶培养基中培养。
在一些具体实施方式中，所述固体斜面培养基包括：蔗糖15-25g、琼脂10-20g、柠檬酸钠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：柠檬酸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。
在一些具体实施方式中，所述每1升摇瓶培养基包括：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：柠檬酸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。
根据本发明的一些实施方式，所述发酵的温度为40℃-50℃，例如40℃、42℃、45℃、48℃、50℃或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述发酵的罐压为0.04MPa-0.05MPa，例如0.04MPa、0.042MPa、0.044MPa、0.046MPa、0.048MPa、0.05MPa或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述发酵时的通风比为0.1vvm-0.2vvm，例如0.1vvm、0.12vvm、0.14vvm、0.16vvm、0.18vvm、0.2vvm或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述发酵时的搅拌转速为300rpm-500rpm，例如300rpm、350rpm、400rpm、450rpm、500rpm或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述发酵体系中的溶氧量为10％-20％，例如10％、12％、15％、18％、20％或它们之间的任意值。
与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：
1.本发明的发酵培养基以反渗透工艺制备纯水过程中产生的浓水为溶剂，尤其是将浓水与苹果酸发酵液过膜后的浓相废水组合作为溶剂使用后，可以达到苹果酸发酵的要求，苹果酸转化率可以达到甚至高于使用现有的发酵培养基生产苹果酸的水平。
2.本发明的方法既减少了苹果酸发酵培养基中糖分、无机盐等营养物质的用量，降低了原料成本，又实现了反渗透工艺制备纯水产生的浓水和苹果酸发酵液过膜后的浓相废水等工业废水的重复利用，还可以实现苹果酸的发酵生产，节能减排，绿色环保，具有很高的经济效益。
（发明人：穆晓玲;秦晴;郑天佑;葛严峰;刘安东;张渊;王舒）