耐高温高产乳酸菌的选育及乳酸发酵新工艺研究

摘要

L-乳酸作为一种重要的有机酸，广泛应用于医药、食品和化工领域，作为合成可生物降解新材料—聚乳酸（PLA）的主要原料，L-乳酸有着广泛的应用前景。目前存在着发酵周期较长产率较低、发酵过程能耗较大等问题，导致L-乳酸生产成本居高不下，成为制约L-乳酸产业发展的瓶颈。为了解决以上问题，本研究从耐高温高产乳酸菌的选育、发酵过程控制分析以及新的乳酸在线分离工艺的设计等方面着手，力争从多角度降低L-乳酸发酵的生产成本。
　　 （1）以实验室保存的一株高光学纯度的鼠李糖乳杆菌Lactobacillus rhamnosus HG09为出发菌株，对其进行紫外线诱变，结合恒化器筛选的方法，提高了正向突变株的筛选效率；最终得到一株耐高温高产乳酸菌，在50℃下发酵48h，乳酸产量达到84.6±1.8 g/L，较出发菌株提高92.7％，产率达到1.76±0.04 g/(L·h)；在经过单因子优化后，发现在42℃下，以150 g/L初糖、8％为接种量、Ph 5.8的条件下进行发酵，最终产量达到136±1.2 g/L乳酸，产率达到3.6±0.03 g/(L·h)，较出发菌株提高了80％。
　　 （2）根据文献报道的固定化方法，对固定化乳酸菌的发酵进行了研究； 7％聚乙烯醇（PVA）、1.5％海藻酸钠混合液与饱和硼酸、2％氯化钙混合液进行反应时，能够得到强度高、传质好的固定化胶体颗粒。该方法制作固定化乳酸菌的乳酸发酵产量与产率与游离菌发酵相当，且可以长时间重复使用。对固定化乳酸菌的连续发酵进行了研究，建立了数学拟合模型，用Matlab对曲线进行分析，得到了一些乳酸发酵过程中的重要参数；根据参数与建立的数学模型，分析了乳酸根与葡萄糖对乳酸发酵过程的影响，最终提出了优化的控制条件。
　　 （3）首次将扩张床同有机酸的发酵结合起来，实现了乳酸的在线分离工艺；通过此种工艺并结合补料发酵，乳酸最终产量达到200±2.3 g/L，转化率达到91.8±1.1％，产率达到4.4±0.05g/(L·h)，较批式发酵提高109.6％，较补料批式发酵提高57.1％。同时在很大程度上解决了钙盐法发酵中的污染问题，产品的收率亦可达到85％~99％，较传统的钙盐法发酵（40％～45％收率）有显著提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

2 耐高温高产乳酸菌的选育

3 固定化乳酸菌发酵及发酵动力学研究

4扩张床与发酵耦合在线分离乳酸

5结论与展望

致 谢

参考文献

附录

程序