专利名称：一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物处置与资源再生领域，是利用双水相分离技术提取餐厨垃圾乳酸发酵产物的方法。
背景技术：
餐厨垃圾富含碳水化合物及丰富的营养，包括脂肪、蛋白质和多种糖类，可作为再生生物质，具有广阔的资源化利用前景。利用餐厨垃圾进行乳酸发酵是实现餐厨垃圾减量化、无害化和资源化的新途径，具有成本低，生物质利用率高，副产物少，对环境污染小等特点；并且所得产物乳酸是一种工业原料，广泛运用于食品、医药、化工等领域，还可合成具有生物可降解性的聚合乳酸塑料，可成为石油化工生产通用塑料的替代品，有利于消除PVC、PP塑料造成的“白色污染”。
目前餐厨垃圾生产乳酸所采用的乳酸提取技术是在发酵过程中添加CaCO3中和发酵产生的乳酸，以维持适合乳酸菌活性的PH值，发酵终了再用钙盐结晶-硫酸酸化法从发酵液中分离出乳酸。具体分离流程如图I所示。这一工艺流程长，操作复杂，消耗化工原料多，且最终产品收率低。双水相分离技术是一种越来越普遍采用的新兴环保技术，其利用某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间的不相溶性，在水中以适当的浓度溶解后形成互不相溶的两相或多相体系来实现分离目标物的目的。双水相分离原理与水-有机溶剂萃取的原理相似，都是基于物质在双水相体系的选择性分配，但萃取体系的性质不同。当生物质进入双水相体系后，在上相与下相间进行选择性分配，这种分配关系与常规的萃取体系相比，表现出更大或更小的分配系数。如各种类型的细胞粒子、噬菌体的分配系数都大于100或小于O. 01。与现有的乳酸分离技术相比，双水相能将发酵和产物分离两个阶段有机的耦合，原位移去发酵产物，有助于消除产物抑制，简化提取工艺，提高产品的收率。目前，采用双水相技术分离餐厨垃圾乳酸发酵的产物的应用还未见有专利公开。
发明内容
本发明目的是针对目前餐厨垃圾乳酸发酵时乳酸分离技术工艺复杂，消耗化工原料多，产品收率低等问题，提供了一种采用双水相萃取的方法从发酵液中分离乳酸。所述方法通过如下方式实现分别配置一定浓度的聚乙二醇与葡聚糖水溶液，然后将两种多聚物水溶液混合形成双水相体系，再加入餐厨垃圾和乳酸菌，在一定温度条件下进行乳酸发酵，并不断混匀。反应结束后，将发酵液静置，根据上下相的体积计算乳酸的提取率。提取上相液体，用超滤膜回收聚乙二醇，即得发酵产物乳酸。本发明具有以下技术效果
I.本发明采用的聚乙二醇与葡聚糖组成的双水相体系具有很好的生物相容性，可作为餐厨垃圾乳酸发酵的基质，不影响乳酸菌的活性和发酵的进程。
2.本发明采用的聚乙二醇与葡聚糖组成的双水相体系能将餐厨垃圾和乳酸菌有效地分配于下相，通过提取上相体积即可回收乳酸，分离纯化方法简便、高效。3.本发明采用的双水相分离法可使发酵与产物得到分离纯化一步完成，缩短了产物提取时间和生产周期，降低了生产成本。4.本发明采用的双水相分离法通过改变聚合物的浓度或分子量大小调整上相和下相的体积比，可以获得理想的产品收率。
图I是传统乳酸提取流程图。
具体实施例方式实施例I :
在500 mL锥形瓶中分别加入10 g经风干后的餐厨垃圾和IO6 5 CFU的植物乳杆菌{Lactobacillus plantarum 20768,购自中国工业微生物菌种保藏管理中心),再加入聚乙二醇(分子量10000)和葡聚糖(分子量20000)，发酵液定量于200 g并控制聚乙二醇和葡聚糖的最终质量浓度分别为8%和8%，然后置于摇床内，转速200 rpm, 35 ° C厌氧发酵48h。反应结束后，静置5 min，植物乳杆菌和餐厨垃圾完全分配于下相，记录上相与下相体积比为5: I。用针筒提取上相液体，再用液相色谱测得上相液体中乳酸浓度为40 g/L，经计算乳酸收率为66. 7%。实施例2:
在500 mL锥形瓶中分别加入10 g经风干后的餐厨垃圾和IO6 5 CFU的植物乳杆菌{Lactobacillus plan tarum 20768),再加入聚乙二醇(分子量10000)和葡聚糖(分子量40000)，发酵液定量于200 g并控制聚乙二醇和葡聚糖的最终质量浓度分别为8%和8%，然后置于摇床内，转速200 rpm, 35 ° C厌氧发酵48 h。反应结束后,静置5 min,植物乳杆菌和餐厨垃圾完全分配于下相，记录上相与下相体积比为5. 5:1。用针筒提取上相液体，再用液相色谱测得上相液体中乳酸浓度为41 g/L,经计算乳酸收率为69. 4%。实施例3
在500 mL锥形瓶中分别加入10 g经风干后的餐厨垃圾和107_° CFU的植物乳杆菌{Lactobacillus plan tarum 20768),再加入聚乙二醇(分子量10000)和葡聚糖(分子量20000)，发酵液定量于200 g并控制聚乙二醇和葡聚糖的最终质量浓度分别为6%和8%，然后置于摇床内，转速200 rpm, 35 ° C厌氧发酵48 h。反应结束后,静置5 min,植物乳杆菌和餐厨垃圾完全分配于下相，记录上相与下相体积比为4. 8: I。用针筒提取上相液体，再用液相色谱测得上相液体中乳酸浓度为38 g/L，经计算乳酸收率为62. 9%。实施例4:
在500 mL锥形瓶中分别加入10 g经风干后的餐厨垃圾和106. 8 CFU的植物乳杆菌(Lactobacillus pi an tarum 20768),再加入聚乙二醇(分子量20000)和葡聚糖(分子量40000)，发酵液定量于200 g并控制聚乙二醇和葡聚糖的最终质量浓度分别为7%和8%，然后置于摇床内，转速200 rpm, 35 ° C厌氧发酵48 h。反应结束后,静置5 min,植物乳杆菌和餐厨垃圾完全分配于下相，记录上相与下相体积比为5. 8:1。用针筒提取上相液体，再用液相 色谱测得上相液体中乳酸浓度为40 g/L,经计算乳酸收率为68. 2%。
权利要求
1.一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述方法步骤为分别配置一定浓度的聚乙二醇与葡聚糖水溶液，然后将这两种多聚物水溶液混合形成双水相体系，再加入餐厨垃圾和乳酸菌，在一定温度条件下进行乳酸发酵，并不断混匀。
2.反应结束后，将发酵液静置，根据上下相的体积计算乳酸的提取率。
3.提取上相液体，用超滤膜回收聚乙二醇，即得发酵产物乳酸。
4.本发明解决了餐厨垃圾生产乳酸时产物提取工艺流程长，操作复杂，消耗化工原料多，且最终产品收率低的问题。
5.根据权利要求I所述的一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述聚乙二醇的分子量为6000-40000。
6.根据权利要求I所述的一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述葡聚糖分子量为10000-60000。
7.根据权利要求I所述的一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述的聚乙二醇与葡聚糖组成的双水相体系中聚乙二醇的质量浓度为1%_30%，葡聚糖的质量浓度为 0. 5%-30%。
8.根据权利要求I所述的一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述的餐厨垃圾可以是液态、半固态或固态。
9.根据权利要求I所述的一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述的餐厨垃圾乳酸发酵温度为20-55 ° C。
10.根据权利要求I所述的一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，其特征在于所述的发酵液静置时间大于0. 5分钟。
全文摘要
一种餐厨垃圾乳酸发酵的产物提取方法，它涉及一种餐厨垃圾生产乳酸的分离方法，通过如下方式实现分别配置一定浓度的聚乙二醇与葡聚糖水溶液，然后将这两种多聚物水溶液混合形成双水相体系，再加入餐厨垃圾和乳酸菌，在一定温度条件下进行乳酸发酵，并不断混匀。反应结束后，将发酵液静置，根据上下相的体积计算乳酸的提取率。提取上相液体，用超滤膜回收聚乙二醇，即得发酵产物乳酸。本发明解决了餐厨垃圾生产乳酸时产物提取工艺流程长，操作复杂，消耗化工原料多，且最终产品收率低的问题。
文档编号C12R1/25GK102796775SQ20111013777
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者叶志隆, 蔡伟民, 芦敏 申请人:中国科学院城市环境研究所