碱预处理废液回用显著降低乳酸共发酵中水和碱的消耗
2022-03-24马晓宇孙晓红汪群慧
马晓宇,高 明,刘 硕,李 媛,孙晓红,汪群慧,2
(1. 北京科技大学能源与环境工程学院,北京 100083;2. 北京市工业典型污染物资源化处理重点实验室,北京 100083;3.北京市农林科学院农业生物技术研究中心,北京 100097)
1 研究亮点
*碱预处理废液100%回用至乳酸发酵过程;
*碱预处理废液回用可以使乳酸浓度提高23.0%;
*碱预处理废液回用使乳酸共发酵中水和碱的消耗量分别减少84.6%和52.0%;
*碱预处理废液回用使L-乳酸光学纯度提高到99.5%。
2 背景
在以餐厨垃圾为底物发酵制备乳酸时,由于餐厨垃圾碳氮比低且容易酸化,导致乳酸产率不高,因此拟在发酵过程中加入木质纤维素类废物进行营养调节和缓解酸化。课题组前期研究结果表明,将餐厨垃圾与香菇菌糠混合共发酵产乳酸时,最终的乳酸产率比单一餐厨垃圾作底物时提高20.8%。但是香菇菌糠在应用前需先经过碱预处理去除木质素,这个过程会产生含碱性物质和木质素降解物的碱预处理废液(PL),将其排放会污染环境。因此,本研究拟将其100%回用至餐厨垃圾和香菇菌糠乳酸共发酵体系中,以减少清水和碱液消耗的同时,还能提高乳酸产量及光学纯度。
3 研究方法
将餐厨垃圾和香菇菌糠按照干质量1∶2 进行混合,固液比为1∶8,将PL 的pH 调至3.0 后进行离心,上清液为脱毒后的碱预处理废液(DPL)。将脱毒前后的PL 按不同比例混合,即PL∶DPL(V/V,%)=0∶100、25∶75、50∶50、75∶25、100∶0,代替清水回用于发酵过程,并与无PL 和DPL 回用的空白组进行比较。各实验组均在发酵0 h 接种10%(V/V)的蒙氏肠球菌22227,当发酵进行到24 h 时,再加入黑曲霉粗酶液(25 U/g 干物质),发酵温度43℃,每12 h 调节pH 至7.0。
4 主要研究结果
本研究将香菇菌糠脱毒前后的PL 按照PL∶DPL=50∶50(V/V,%)比例混合回用时,乳酸浓度和乳酸产率分别达到56.7 g/L 和0.97 g 乳酸/g 总糖,且发酵过程所消耗的碱量比无PL 回用的实验组减少了43.8%。另外,香菇菌糠碱预处理后不进行水洗,且发酵过程所用的中和剂用PL 配制,碱液量将再节省19.8%,且保持了乳酸产量。PL 回用也会使Lactobacillus和Bacillus菌种消失,只留下L-乳酸菌Enterococcus和Streptococcus,所以L-乳酸光学纯度可达到99%以上。
5 结论与展望
本研究可将香菇菌糠碱预处理废液100%回用至乳酸发酵过程中,减少清水和碱液使用的同时,还可以提高乳酸产量和光学纯度。在未来的研究中,拟通过优化工艺参数,扩大发酵规模,使发酵系统稳定运行。