堿預(yù)處理廢液回用顯著降低乳酸共發(fā)酵中水和堿的消耗

馬曉宇，高 明，劉 碩，李 媛，孫曉紅，汪群慧，2

（1. 北京科技大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2. 北京市工業(yè)典型污染物資源化處理重點實驗室，北京 100083；3.北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心，北京 100097）

1 研究亮點

*堿預(yù)處理廢液100%回用至乳酸發(fā)酵過程；

*堿預(yù)處理廢液回用可以使乳酸濃度提高23.0%；

*堿預(yù)處理廢液回用使乳酸共發(fā)酵中水和堿的消耗量分別減少84.6%和52.0%；

*堿預(yù)處理廢液回用使L-乳酸光學(xué)純度提高到99.5%。

2 背景

在以餐廚垃圾為底物發(fā)酵制備乳酸時，由于餐廚垃圾碳氮比低且容易酸化，導(dǎo)致乳酸產(chǎn)率不高，因此擬在發(fā)酵過程中加入木質(zhì)纖維素類廢物進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)節(jié)和緩解酸化。課題組前期研究結(jié)果表明，將餐廚垃圾與香菇菌糠混合共發(fā)酵產(chǎn)乳酸時，最終的乳酸產(chǎn)率比單一餐廚垃圾作底物時提高20.8%。但是香菇菌糠在應(yīng)用前需先經(jīng)過堿預(yù)處理去除木質(zhì)素，這個過程會產(chǎn)生含堿性物質(zhì)和木質(zhì)素降解物的堿預(yù)處理廢液（PL），將其排放會污染環(huán)境。因此，本研究擬將其100%回用至餐廚垃圾和香菇菌糠乳酸共發(fā)酵體系中，以減少清水和堿液消耗的同時，還能提高乳酸產(chǎn)量及光學(xué)純度。

3 研究方法

將餐廚垃圾和香菇菌糠按照干質(zhì)量1∶2 進(jìn)行混合，固液比為1∶8，將PL 的pH 調(diào)至3.0 后進(jìn)行離心，上清液為脫毒后的堿預(yù)處理廢液（DPL）。將脫毒前后的PL 按不同比例混合，即PL∶DPL（V/V，%）=0∶100、25∶75、50∶50、75∶25、100∶0，代替清水回用于發(fā)酵過程，并與無PL 和DPL 回用的空白組進(jìn)行比較。各實驗組均在發(fā)酵0 h 接種10%（V/V）的蒙氏腸球菌22227，當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行到24 h 時，再加入黑曲霉粗酶液（25 U/g 干物質(zhì)），發(fā)酵溫度43℃，每12 h 調(diào)節(jié)pH 至7.0。

4 主要研究結(jié)果

本研究將香菇菌糠脫毒前后的PL 按照PL∶DPL=50∶50（V/V，%）比例混合回用時，乳酸濃度和乳酸產(chǎn)率分別達(dá)到56.7 g/L 和0.97 g 乳酸/g 總糖，且發(fā)酵過程所消耗的堿量比無PL 回用的實驗組減少了43.8%。另外，香菇菌糠堿預(yù)處理后不進(jìn)行水洗，且發(fā)酵過程所用的中和劑用PL 配制，堿液量將再節(jié)省19.8%，且保持了乳酸產(chǎn)量。PL 回用也會使Lactobacillus和Bacillus菌種消失，只留下L-乳酸菌Enterococcus和Streptococcus，所以L-乳酸光學(xué)純度可達(dá)到99%以上。

5 結(jié)論與展望

本研究可將香菇菌糠堿預(yù)處理廢液100%回用至乳酸發(fā)酵過程中，減少清水和堿液使用的同時，還可以提高乳酸產(chǎn)量和光學(xué)純度。在未來的研究中，擬通過優(yōu)化工藝參數(shù)，擴(kuò)大發(fā)酵規(guī)模，使發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定運行。