论文部分内容阅读
乳酸(α-羟基丙酸)作为一种平台化合物,在食品、化工、医疗等领域被广泛应用。以其为单体合成的可降解聚乳酸(PLA),是石化资源的替代物之一,它的应用促进了生态环境的改善。近年来,因乳酸的生产成本居高不下,制约了生物基乳酸及其衍生产品的大规模应用。本课题拟通过低成本的可再生生物质原料(稻谷粉、玉米秸秆等),高效生物转化生产乳酸。通过梯度升温策略优化粪肠球菌DUT1805高温发酵性能,实现稻谷粉及玉米秸秆等生物质资源的高温同步转化生产乳酸,为乳酸的生产提供一条低成本、可再生、环境友好的技术路线。首先,对粪肠球菌DUT1805进行生理生化实验以及性能研究。发现该菌生产乳酸的最佳碳源是葡萄糖,高温下(50-55~℃)发酵状况良好。以葡萄糖为底物,通过梯度升温的方式探索该菌在高温下生产乳酸的性能。结果表明:最适发酵温度、pH、葡萄糖浓度和升温时间依次是50~℃、6.5、80 g/L和6 h,且最佳发酵方式是批式发酵。此条件下,最终获得65.41 g/L的乳酸,产率为0.88 g/g,生产强度可达到4.09 g/(L·h)。其次,在50~℃下,利用粪肠球菌DUT1805同步糖化发酵稻谷粉生产乳酸。结果表明:生料发酵乳酸性能(乳酸浓度、淀粉转化率、生产强度)约是熟料工艺的一倍。生料发酵时,乳酸最终浓度为73.36 g/L,相对于淀粉的转化率为0.89 g/g,生产强度为2.06g/(L·h)。同时,采用玉米浆干粉替代MRS培养基中的有机氮源以降低发酵培养基中氮源成本,乳酸的最终浓度、相对于淀粉的转化率和生产强度分别为73.75 g/L、0.87 g/g和2.06 g/(L·h)。结果表明:廉价氮源与MRS培养基相比,发酵性能持平,氮源成本下降了90%。经济性分析表明:以稻谷粉为原料、玉米浆干粉为氮源,不灭菌时,三者总成本为4542元/吨,约占市场乳酸价格的35-45%。最后,考察了粪肠球菌DUT1805高温同步糖化玉米秸秆水解液发酵生产乳酸。结果表明:该菌可以代谢混合糖(葡萄糖、木糖)生产乳酸,当葡萄糖与木糖浓度比例为2:1时,发酵性能最佳。以玉米秸秆水解液为碳源、玉米浆干粉为氮源发酵,可获得21.59g/L的乳酸,相对于葡萄糖的产率为0.93 g/g,生产强度为0.86 g/(L·h)。综上所述,粪肠球菌DUT1805可以高温利用淀粉基原料或纤维素基原料生产乳酸,同时可实现开放操作,节省原料成本、设备投资及操作成本。