本研究以城镇餐厨垃圾为底物,探讨以乳酸为共碳源的条件下,利用产丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4 高效发酵餐厨垃圾生产生物质丁醇的可行性。研究采用乳酸预发酵的方式对餐厨垃圾进行抑菌固碳,通过餐厨垃圾和乳酸的共代谢转化来高效生产丁醇。研究首先表明菌株N1-4可直接利用餐厨垃圾进行丁醇生产,固液比(w/v)1:1的条件下,直接发酵产丁醇浓度为12.1 g/L,生产丁醇最高速率为0.705 g/L/h,碳转化率0.402 C-mol/C-mol;该条件下,直接发酵的丁醇生产速率比酶解糖化后发酵高2.05倍,即直接发酵避免了因糖化导致的底物抑制。研究进一步采用植物乳杆菌进行乳酸预发酵的研究,植物乳杆菌显示了良好的抑菌作用。探索菌株N1-4利用淀粉与乳酸共发酵生产丁醇的可行性,发现当初始乳酸浓度15.0 g/L,淀粉浓度60.0 g/L时,共发酵产丁醇15.2 g/L。当乳酸初始浓度大于15 g/L时,发酵被抑制。乳酸不能作为唯一的碳源,即只能作为产丁醇的共碳源,与糖类联合共代谢才能转化为丁醇。餐厨垃圾接种植物乳杆菌进行乳酸预发酵并联合灭菌后接种菌株N1-4进行产丁醇发酵的实验中,获得14.8 g/L 丁醇,最高丁醇生产速率1.02 g/L/h。为探索乳酸预发酵的抑菌固碳机制,研究以餐厨垃圾为底物,对比分析强化乳酸预发酵和自然放置两种保藏方式对后续产丁醇发酵的影响。保藏72 h后,两种保藏方法的乳酸产量几乎没有差异,强化组乳酸浓度为9.20 g/L,自然放置组乳酸浓度为9.60 g/L;强化组的最高乳酸产率为0.47 g/L/h,自然保藏组仅为0.29 g/L/h。进一步利用高通量测序分析表明强化乳酸预发酵对餐厨垃圾中腐败细菌有明显的抑菌作用,抑菌固碳效果明显优于自然放置组。研究过程中发现强化乳酸预发酵联合ABE产丁醇发酵(Laf-ABE)在非开放式体系下均能够顺利进行,体系可获得丁醇产量8.70g/L。尤其强化组比自然放置组更有利于后续丁醇生产,即提高了丁醇在总溶剂中的比例。探索建立开放式Laf-ABE联合产丁醇体系,发现强化乳酸预发酵与自然放置组中的乳酸菌对菌N1-4有明显抑制作用,开放式发酵无法顺利进行。采用高细胞密度发酵模式进行开放式餐厨垃圾Laf-ABE发酵,取得成功,丁醇产量达12.9 g/L,并缩短发酵长达12 h,提高丁醇产量达32%。本研究建立了强化乳酸预发酵联合ABE产丁醇发酵(Laf-ABE)体系,为丁醇生产提高廉价原料,并为餐厨垃圾资源化提供了一条新途径。