阅读说明：本技术 乳酸的制备方法 (Method for producing lactic acid ) 是由 努尔·丽娜·莫哈末 于 2020-04-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种从压榨器压榨出的棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的方法,包括：研磨/粉碎PKC,以获得磨碎的PKC；对磨碎的PKC进行灭菌；通过酶水解已灭菌的PKC,以得到PKC培养基水解产物；生长乳酸杆菌,以生产乳酸杆菌的接种物；在PKC培养基水解产物中加入酸及/或碱；利用乳酸杆菌的接种物来处理上述PKC培养基,从而产生发酵液及残余物,其中残余物为PKC固体,发酵液包含乳酸；将发酵液与PKC固体分离；将分离后的发酵液与氢氧化钙/钠混合,从而得到乳酸钙/钠的溶液；利用硫化钠/钙来处理乳酸钙/钠溶液,以产生一溶液；使溶液脱色；将脱色后的溶液酸化,以获得一溶液及一沉淀物；以及在酸化后的溶液中过滤沉淀物,其中沉淀物是脱水硫酸钙/钠,而滤液是乳酸。(The present invention relates to a method for preparing lactic acid from Palm Kernel Cake (PKC) expressed from a press, comprising: milling/pulverizing PKC to obtain a milled PKC; sterilizing the ground PKC; hydrolyzing the sterilized PKC by an enzyme to obtain a PKC medium hydrolysate; growing lactobacillus to produce an inoculum of lactobacillus; adding acid and/or alkali to the hydrolysis product of PKC culture medium; treating the PKC medium with an inoculum of lactobacillus to produce a fermentation broth and a residue, wherein the residue is a PKC solid and the fermentation broth comprises lactic acid; separating the fermentation broth from the PKC solids; mixing the separated fermentation broth with calcium hydroxide/sodium to obtain a calcium lactate/sodium solution; treating the calcium lactate/sodium solution with sodium sulfide/calcium to produce a solution; decolorizing the solution; acidifying the decolorized solution to obtain a solution and a precipitate; and filtering the precipitate in the acidified solution, wherein the precipitate is calcium/sodium sulfate dehydrate and the filtrate is lactic acid.)

乳酸的制备方法

技术领域

本发明涉及一种从棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的方法，其中所述PKC是从压榨器压榨出的的PKC。

背景技术

棕榈仁饼(palm kernel cake，PKC)是从油棕种子仁中提取油的一种固体残留物。所述棕榈仁饼被广泛用作动物饲料的饲料成分。通常有两种主要的使用方法；高压螺旋压榨法(即，压榨器)或基于溶剂(即，己烷)的提取法。特别是通过高压螺旋压制法获得时，PKC也称为棕榈仁压榨器(palm kernel expeller)。

PKC用作动物饲料中的一营养添加剂。PKC的主要成分是蛋白质及多醣。由于PKC具有多种高含量的非淀粉多醣(NSP)，因此并未广泛用于家禽的日常饮食。主要的多种NSP是甘露聚糖，特别是B-甘露聚糖型半纤维素。PKC纤维中的甘露聚糖聚合物具有高度结晶性、不溶性，并且不会在家禽的消化道中解聚。多种NSP的存在会降低单胃动物饲料中的饲料及营养转化效率。

通常，排出后，PKC通过酶促水解及发酵得到改善。甘露聚糖酶是可以改善PKC中的营养价值的有效酶，因为甘露聚糖酶能够分解构成半纤维素的成分。内切-3甘露聚糖酶、外切-fi甘露聚糖酶及B-甘露糖苷酶是主要的甘露聚糖酶，可用于分解及转化甘露聚糖，甘露聚糖是半纤维素的主要成分。

近来，由于化学领域的需求增加，聚合物市场的增长以及对作为食品工业原料的乳酸的需求增加，由基于生物的资源(例如：PKC)生产的乳酸有所增加。将生物质转化或分解为有价值成分(例如：乳酸)的产率更高，并且将更多的精力放在确定替代方法以及催化转化及发酵途径上，以利用丰富而价值较低的生物质或废弃生物质。

目前，大多数用于乳酸发酵的乳酸菌(Lactic Acid Bacteria,LAB)都能有效地利用从生物质水解得到的纤维素部分中提取的葡萄糖，从甘露聚糖中提取的甘露糖被认为是不容易通过乳酸菌发酵的一种糖，甘露糖发酵的困难可能与甘露糖的立体异构构型有关。

到目前为止，还没有合适的方法可以通过酶解PKC的发酵来同化作为主要碳源的甘露糖以生产乳酸。

WO2015/197623公开了棕榈仁饼(PKC)中蛋白质/氨基酸的一种改善的生物利用度以及多种生产改良的PKC的方法。PKC中的蛋白质/氨基酸的改善的生物利用度是通过降低棕榈仁油提取过程中压榨机的加工温度及/或加工时间及/或压榨力而获得的。改良后的PKC可用作动物饲料，例如：用于喂养单胃动物，例如：家禽及猪。

WO2014/189355公开了利用酶催化的棕榈仁饼(PKC)水解的方法。所述水解过程使用一种或多种酶，所述酶有利地分解或降解植物细胞壁中包含的多醣及/或蛋白质组分。水解过程释放出残留的油及较小的糖分子。

US 2006/0292264A1公开了一种生产发酵的棕榈仁饼(PKC)的生物方法。通过使用巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)与乳酸杆菌(Lactobacillus sp.)结合使用，可以分解原始PKC中的甘露聚糖纤维，从而提高PKC在动物饲料中的营养价值。US 2006/0292264A1还公开了包含发酵的PKC的动物饲料，所述饲料可用于喂养单胃动物。

迄今为止，尚无现有技术公开在发酵过程中同化作为主要碳源的甘露糖的一溶液。本发明寻求提供一种通过将乳酸菌与甘露糖水解物一起发酵来生产乳酸的溶液。本发明包括使用适当的发酵参数条件及足够的实验室营养物来同化作为主要碳源的甘露糖以产生乳酸。

发明内容

本发明涉及一种从棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的方法，其中所述PKC是压榨机压榨出的棕榈仁饼(PKC)。从棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的所述方法包括以下步骤：(i)研磨/粉碎PKC，以获得磨碎的PKC；(ii)对步骤(i)得到的磨碎的PKC进行灭菌；(iii)通过酶来水解步骤(ii)的所述灭菌的PKC，以得到PKC培养基水解产物；(iv)生长乳酸杆菌，以生产乳酸杆菌的接种物；(v)在步骤(iii)获得的所述PKC培养基水解产物中加入酸及/或碱；(vi)利用在步骤(iv)产生的所述乳酸杆菌的接种物来处理步骤(v)获得的PKC培养基，从而产生发酵液及残余物，其中所述残余物为PKC固体，并且所述发酵液包含乳酸；(vii)将在步骤(vi)获得的所述发酵液与在步骤(vi)获得的所述PKC固体分离；(viii)将步骤(vii)获得的所述发酵液与氢氧化钙或氢氧化钠混合，从而得到乳酸钙溶液或乳酸钠溶液；(ix)利用硫化钠或硫化钙来处理步骤(viii)获得的所述乳酸钙溶液或乳酸钠溶液，以产生一溶液；(x)使步骤(ix)获得的所述溶液脱色；(xi)将步骤(x)获得的所述溶液酸化，以获得一溶液及一沉淀物；以及(xii)在步骤(xi)获得的溶液中过滤所述沉淀物，其中所述沉淀物是脱水硫酸钙或脱水硫酸钠，并且一滤液是乳酸。

参考以下结合附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的其他方面、特征及优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

图示说明

本发明包括多个附图，从而提供对本发明的进一步理解，并且所述多个附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。所述附图示出了本发明的示例性实施例，并且与本说明书一起用于解释本发明的原理。

图1显示了根据本发明的从PKC生产乳酸的方法的流程图。

具体实施方式

在本文中公开了本发明的多个优选实施例的详细描述。然而，应当理解，实施例仅是本发明的示例，其可以以各种形式实施。因此，本文所公开的细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求书及教导本发明领域的技术人员的基础。

本发明的一个目的是提供一种从棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的方法，其中所述PKC是压榨机压榨出的PKC。

本发明的另一个目的是从PKC/压榨器中获得乳酸，所述乳酸在酶(例如：甘露聚糖酶及纤维素酶)的存在下进行水解并使用LAB(即，乳酸杆菌)来进行发酵。

如示出的内容，本发明涉及使用乳酸杆菌(LAB)来生产乳酸的用途。在本发明的上下文中的定义，术语“LAB”包括来自乳酸杆菌属(Lactobacillus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、小球菌属(Pediococcus)、乳球菌属(Lactococcus)及链球菌属(Streptococcus)的细菌，以及气球菌属(Aerococcus)、肉杆菌属(Carnobacterium)、肠球菌属(Enterococcus)、酒球菌属(Oenococcus)、芽孢乳杆菌属(Sporolactobacillus)、四联球菌属(Tetragenococcus)、漫游球菌属(Vagococcus)及魏斯式菌属(Weissella)都是属于乳酸杆菌目(Lactobacillales)。优选地，术语“LAB”是指乳酸杆菌属的物种。

乳酸杆菌属的物种可以是但不限于：衍生自专性同型发酵细菌、兼性异型发酵细菌及/或专性异型发酵细菌。专性同型发酵细菌包括但不限于：鼠李糖乳杆菌(L.rhamnosus)、嗜乳酸杆菌(L.acidophilus)、德氏乳杆菌(L.delbrueckii)、瑞士乳杆菌(L.helveticus)及唾液乳杆菌(L.salivarius)。兼性异型发酵细菌包括但不限于：干酪乳杆菌(L.casei)、弯曲乳杆菌(L.curvatus)、植物乳杆菌(L.plantarum)及清酒乳杆菌(L.sakei)。专性异型发酵细菌包括但不限于：短乳杆菌(L.brevis)、布氏乳杆菌(L.buchneri)及发酵乳杆菌(L.fermentum)及罗伊氏乳杆菌(L.reuteri)。在本发明中，使用专性同型发酵细菌，特别是鼠李糖乳杆菌。

在说明书的以下部分中将提出本发明的其他目的及优点，其中，详细描述的内容是为了完全公开本发明的优选实施例而不对本发明进行限制。现在将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。

本发明涉及一种从棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的方法，其中所述PKC是压榨器压榨出的PKC，特别是所述方法驱动了一种生产乳酸的方法，所述方法是通过将甘露糖水解物与乳杆菌发酵。优选地，本发明涉及一种合适的发酵参数条件及足够的营养素用于LAB同化作为主要碳源的甘露糖并生产乳酸的用途。

从压榨机压榨出的棕榈仁饼(PKC)制备乳酸的方法，包括：

(i)研磨/粉碎PKC，以获得磨碎的PKC；

(ii)对步骤(i)得到的磨碎的PKC进行灭菌；

(iii)通过酶来水解步骤(ii)的所述灭菌的PKC，以得到PKC培养基水解产物；

(iv)生长乳酸杆菌，以生产乳酸杆菌的接种物；

(v)在步骤(iii)获得的所述PKC培养基水解产物中加入酸及/或碱；

(vi)利用在步骤(iv)产生的所述乳酸杆菌的接种物来处理步骤(v)获得的PKC培养基，从而产生发酵液及残余物，其中所述残余物为PKC固体，并且所述发酵液包含乳酸；

(vii)将在步骤(vi)获得的所述发酵液与在步骤(vi)获得的所述PKC固体分离；

(viii)将步骤(vii)获得的所述发酵液与氢氧化钙或氢氧化钠混合，从而得到乳酸钙溶液或乳酸钠溶液；

(ix)利用硫化钠或硫化钙来处理步骤(viii)获得的所述乳酸钙溶液或乳酸钠溶液，以产生一溶液；

(x)使步骤(ix)获得的所述溶液脱色；

(xi)将步骤(x)获得的所述溶液酸化，以获得一溶液及一沉淀物；以及

(xii)在步骤(xi)获得的溶液中过滤所述沉淀物，其中所述沉淀物是脱水硫酸钙或脱水硫酸钠，并且一滤液是乳酸。

在下文中描述了所述方法的详细内容，所述描述的内容不限于所使用的示例。

参考附图，图1示出了从PKC生产乳酸的方法的流程图。所述方法包括：第一步骤，研磨/粉碎PKC的以获得磨碎的PKC，所述磨碎的PKC的粒径为0.8毫米至1.2毫米，优选为1.0毫米，且干物质含量的均匀度为85％至95％，优选为90％。所述PKC可以从任何商业上可取得的PKC供应商处获得，例如但不限于：油棕种植园及/或工厂的所有者。

对研磨的PKC进行灭菌。灭菌方法包括：湿热/蒸汽灭菌。湿热灭菌方法包括：在115至125℃下高压灭菌或蒸汽处理15至25分钟。通过酶(例如：甘露聚糖酶及纤维素酶)来水解所述灭菌的PKC，所述水解的时间为40小时至50小时，优选为48小时，并且温度为50℃至60℃，优选为60℃。酶促水解在一搅拌釜式生物反应器中进行以产生PKC培养基水解产物。将碱金属氢氧化钠及/或酸性碳酸钙一起添加到所述PKC培养基水解产物，以将所述PKC培养基水解产物的pH值保持在5.5至6.5的范围内，优选的pH值为6.2。

同时，将所述乳酸杆菌在市售的MRS肉汤中生长36小时至48小时，优选为48小时，并在35℃至45℃的一温度下生长，优选的温度为45℃。生长的乳酸杆菌在后续步骤中用作接种物。

此后，利用乳酸杆菌的接种物来处理所述PKC以产生发酵液及残留物，处理时间为5天到10天，优选为10天。所述发酵是浸没式发酵(submerged fermentation)，并在密闭容器中进行，所述容器在厌氧条件下控制在30℃至40℃，pH值为5至7之间，并且具有例如：酵母提取物、蛋白胨及盐等营养物质。

然后，发酵产物是发酵液及残余物，其中所述残余物是PKC固体，并且其中所述发酵液包含乳酸。通过过滤方法将所述PKC固体与乳酸分离。所述过滤方法是简单过滤或重力过滤、真空过滤，但不限于上述的过滤方式。

然后，将所述分离的含有乳酸的发酵液与pH值为9至10.5(优选的pH值为10)的氢氧化钙或氢氧化钠混合以产生混合物。使所述混合物沉降以产生一乳酸钙溶液或一乳酸钠溶液。利用硫化钠或硫化钙来处理乳酸钙溶液或乳酸钠溶液以产生一溶液。此后，利用活性炭使所述溶液脱色，并且在pH值为5.5至6.5的一范围内酸化所述溶液以得到一溶液及一沉淀物，优选的pH值为6.2。

最后，使用简单的过滤方法从溶液中过滤出所述沉淀物。所述沉淀物为硫酸钙脱水物或硫酸钠水合物，其中滤液为乳酸。

在以下多个示例中以非限制性的方式来说明本发明。

从棕榈仁饼(PKC)生产乳酸的方法：

(i)研磨/粉碎PKC，以获得磨碎的PKC，所述磨碎的PKC的粒径为0.8毫米至1.2毫米，优选为1.0毫米，且干物质含量的均匀度为85％至95％，优选为90％；

(ii)在115℃至125℃下对步骤(i)得到的磨碎的PKC进行灭菌15至25分钟；

(iii)在一搅拌釜式生物反应器中，在温度为50℃至60℃的一范围内(优选为60℃)，通过酶(例如：甘露聚糖酶及纤维素酶)来水解从步骤(ii)得到的所述灭菌的PKC以产生PKC培养基水解产物，所述水解的时间为40小时至50小时，优选为48小时；

(iv)在MRS培养基中培养乳酸杆菌36至48小时(优选为48小时)，并且在35℃至45℃(优选为45℃)的一范围内生产乳酸杆菌的接种物；

(v)在步骤(iii)获得的所述PKC培养基水解产物中加入氢氧化钠及/或碳酸钙，以保持pH值在5.5至6.5的范围内，优选的pH值为6.2；

(vi)利用在步骤(iv)产生的所述乳酸杆菌的接种物来处理步骤(v)获得的PKC培养基，从而产生发酵液及残余物，所述处理时间为5天至10天(优选为10天)，其中所述残余物为PKC固体，并且所述发酵液包含乳酸；

(vii)将在步骤(vi)获得的所述发酵液与在步骤(vi)获得的所述PKC固体分离，并且丢弃所述PKC固体，并将所述发酵液用于后续步骤；

(viii)将步骤(vii)获得的所述发酵液与氢氧化钙或氢氧化钠在pH值为9至10.5的一范围内混合(优选的pH值为10)，从而得到一乳酸钙溶液或一乳酸钠溶液；

(ix)利用硫化钠或硫化钙来处理步骤(viii)获得的所述乳酸钙溶液或乳酸钠溶液，以产生一溶液；

(x)利用活性碳使步骤(ix)获得的所述溶液脱色；

(xi)将步骤(x)获得的所述溶液酸化至5.5至6.5的范围内的pH值(优选的pH值为6.2)，以获得一溶液及一沉淀物；以及

(xii)在步骤(xi)获得的溶液中过滤所述沉淀物，其中所述沉淀物是脱水硫酸钙或脱水硫酸钠，并且一滤液是乳酸。

本发明的方法提供了一种溶液，所述溶液通过酶解PKC发酵的方式将作为主要碳源的甘露糖同化生产乳酸的方法。本发明的方法也更具成本效益，因为水解及发酵过程同时在同一发酵容器中进行。

此外，本发明的方法提供了一种利用甘露糖的溶液，所述甘露糖被认为是不易被乳酸杆菌发酵以生产乳酸的糖。通常，本发明的酶水解有助于释放6至10％体积百分浓度的甘露糖，以用于乳酸杆菌的利用。

通过使用酶促水解通过发酵途径从生物质生产乳酸的这一方法是可持续的过程，并且它利用了丰富且价值较低的生物质或废物生物质。因此，所述方法将为将来提供加速的乳酸需求提供机会。

此外，本发明具有商业价值，制造商可以容易地将本发明用于从PKC生产乳酸。此外，这是一项核心技术，其中本发明可以应用于乳酸生产以外的领域，例如：PKC可以用作反刍动物的高能量、高纤维饲料的补充剂。

应当理解，本文所使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”及“所述(the)”也可以包括复数形式，除非上下文中另有明确定义。

所述术语“包括”、“包含”、“含有”及“具有”是包含性的，因此详细列出所述特征、整数、步骤、操作、元素及/或组件的存在，但不排除或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件及/或其中组合的的可能性。

本文所述的方法步骤、过程及操作不应解释为必然以论述或说明的顺序来执行，除非另有明确指示为执行顺序。还应该理解的是可以采用附加或替代步骤。使用“至少”或“至少一个”来表示建议使用一种或多种元素，因为在多个实施例的一个实施例中使用所述元素可用于实现一个或多个期望的目的或结果。

尽管上文描述了本发明的各种实施例，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计本发明的其他及进一步的实施例。本发明的范围由所附权利要求书确定。本发明不限于本文所述的实施例、描述或示例，本发明包括使本领域普通技术人员结合本领域普通技术人员可获得的信息及知识来执行及使用本发明的内容。