玉米芯水解渣生物转化生产L-乳酸的研究

摘要

玉米芯水解渣是生产木糖、糠醛产品时,高温、高压下酸解玉米芯去除所需成分后而获得的以纤维素、木质素为主要成分的工业废弃物。随着全球人口的不断膨胀,不与人争粮的环保原料受到人们的热捧。绿色可降解生物材料聚乳酸(PLA)是L-乳酸通过聚合反应获得的,因此用非粮原料来生产L-乳酸成为国内外专家学者及企业、政府投入精力不断钻研的问题。需求的急剧增长。本论文就是以玉米芯水解渣为原料通过米根霉LY-07发酵生产L-乳酸,为纤维废弃资源的开发应用提供数据参考。
　　本课题,首先研究了玉米芯水解渣经纤维素酶水解获得还原糖的过程。主要从玉米芯水解渣的预处理、酶解pH值的控制、酶解温度的控制、玉米芯水解渣配水比、纤维素酶的用量五个方面进行研究,获得最佳的玉米芯水解渣酶解条件,提高玉米芯水解渣的利用率,并降低生产成本。其次是用米根霉FT-01发酵玉米芯水解渣酶解糖化液生产L-乳酸的研究。主要从氮源的选择,碳源、氮源、MgSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O、KH2PO4等成分的配比,发酵温度、转速、装液量、纱布层数等培养条件的优化几方面入手进行研究。通过研究确定了最佳的培养基配比及最优的发酵条件,为今后工业生产提供了数据支持。
　　本课题获得的研究成果如下:
　　(1)研究中采用单因素的研究方法。所使用的纤维素酶的最适pH值为5.2,在这种弱酸性条件下催化作用最佳;该纤维素酶的最适作用温度为55℃;该纤维素酶的最适用量为40U/g玉米芯水解渣;酶解时玉米芯水解渣的最佳底物浓度为100g/L。采用上述条件对玉米芯水解渣进行酶解,24小时基本糖化完全,此时获得的玉米芯水解渣酶解液中葡萄糖等还原性糖的重量体积浓度为27.52g/L。(2)用蛋白粉、酵母粉作为氮源,米根霉菌丝体的萌发和伸长都比较快,鉴于酵母粉的价格相对较低,所以采用酵母粉作为氮源。为了防止米根霉菌丝体相互缠绕结块影响产酸,通过将发酵pH降到2.5的方法抑制其生长,这样可以获得直径约2mm的菌丝球,这样增加了与酶解液的接触面积,有利于快速产酸、发酵,缩短了生产时间,大大降低了生产电耗,提高了设备利用效率。
　　(3)培养基成分的最佳配比和最佳的培养条件组合都是通过正交试验来确定的。通过研究发现当玉米芯水解渣酶解液还原糖为5％,氮源酵母粉的添加量为0.35％,七水硫酸镁的浓度为0.04％,七水硫酸锌的浓度为0.0075％,磷酸二氢钾的浓度为0.02％时,此配比下的培养基发酵效果最好;在筛选最佳培养条件时,发现当温度为33度,转速为140转/分钟,加液量为50毫升(500ml三角瓶),10层纱布时发酵效果最佳。在培养基配比、培养条件都最佳的条件下,发酵时间为72小时,产酸浓度为29.3g/L,对还原糖的转化率相应为58.6％。

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第1章 概论

1.1 L-乳酸的特性及工业前景

1.2发酵生产L-乳酸的研究进展

1.3本论文研究的目的、意义、内容及技术路线

第2章酶解玉米芯水解渣及酶解条件的优化研究

2.1试验材料

2.2 试验方法

2.3结果与分析

2.4本章结论

第3章 米根霉FT-01发酵玉米芯水解渣酶解液制备L-乳酸

3.1试验材料

3.2试验方法

3.3研究结果和分析

3.4本章总结

第4章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢

在学期间主要科研成果