【摘要】：乳酸是一種重要的有機酸,廣泛應用于在食品、化工、化妝品、醫(yī)藥等領域。近年來,石油資源緊缺和白色污染問題日益突出,以聚乳酸(PLA)為代表的生物基高分子材料,因其良好的生物可降解性,被認為是石油衍生塑料的綠色替代品。PLA的興起也帶動了乳酸市場的穩(wěn)步增長。然而,高生產(chǎn)成本阻礙了乳酸及聚乳酸的大規(guī)模應用。本課題旨在探討高效利用廉價廢棄生物質(zhì)原料——甘蔗糖蜜和葡萄糖廢母液,生物轉化生產(chǎn)乳酸,通過微生物菌群的篩選,復雜底物的代謝及乳酸的生產(chǎn),探討微生物菌群間相互作用機制,為人工菌群的構建提供理論依據(jù),實現(xiàn)乳酸的低成本高效生產(chǎn)。首先,以牛胃內(nèi)含物為菌源,篩選得到發(fā)酵性能穩(wěn)定、高產(chǎn)乳酸的微生物菌群CEE-DL15。該菌群既能利用單糖(葡萄糖、果糖和木糖等),也能利用寡糖(蔗糖、麥芽糖等),產(chǎn)酸產(chǎn)氣,同時既可利用營養(yǎng)豐富的有機氮源,也能利用速效的無機氮源。遺傳學分析結果表明,CEE-DL15主要由梭狀芽孢桿菌屬(57.29%),埃希氏桿菌屬(34.22%)和腸球菌屬(5.32%)組成。其次,考察了微生物菌群CEE-DL15發(fā)酵甘蔗糖蜜生產(chǎn)乳酸的性能。微生物菌群CEE-DL15在不滅菌、糖蜜未處理的條件下生長良好,同時菌群可利用廉價的玉米漿干粉(CSLP)培養(yǎng)基發(fā)酵生產(chǎn)乳酸,乳酸產(chǎn)量和產(chǎn)率與傳統(tǒng)昂貴的MRS培養(yǎng)基相接近(83.24 g/L,0.72 g/g),生產(chǎn)強度高于其它兩種培養(yǎng)基(2.31 g/L/h),氮源生產(chǎn)成本節(jié)約50-150%。另外,微生物菌群CEE-DL15對未處理糖蜜有較強的耐受性,最高耐受500 g/L未處理糖蜜。菌群發(fā)酵350 g/L未處理糖蜜,最終乳酸產(chǎn)量為112.34 g/L,產(chǎn)率為0.81g/g,生產(chǎn)強度為4.49 g/L/h,表明菌群有較強轉化未處理糖蜜為乳酸的能力。經(jīng)濟性分析發(fā)現(xiàn),三種成本參數(shù)(碳源、氮源和滅菌成本)的總和約為2935元/噸,占乳酸市場價格的25-35%,與葡萄糖發(fā)酵相比,原料成本降低約50%。與純種發(fā)酵相比較,微生物菌群CEE-DL15的發(fā)酵性能優(yōu)于大腸桿菌DL-LA1501和糞腸球菌DL-LA1520和產(chǎn)氣莢膜梭菌BNCC185933。最后,考察了微生物菌群CEE-DL15發(fā)酵葡萄糖廢母液生產(chǎn)乳酸的性能。微生物菌群CEE-DL15可利用廉價的重結晶葡萄糖和CSLP培養(yǎng)基發(fā)酵生產(chǎn)乳酸,且發(fā)酵過程不滅菌。當重結晶葡萄糖初始糖濃度為150 g/L,乳酸產(chǎn)量達到100.18 g/L,產(chǎn)率為0.83 g/g,生產(chǎn)強度為1.67 g/L/h。相同條件下,以結晶葡萄糖廢母液為底物,乳酸產(chǎn)率比重結晶葡萄糖時降低了23.4%。采用Salt-CSLP培養(yǎng)基代替CSLP培養(yǎng)基進行發(fā)酵,結果CEE-DL15在Salt-CSLP培養(yǎng)基上能夠快速生長,乳酸產(chǎn)量達到113.33 g/L,產(chǎn)率為0.91g/g,生產(chǎn)強度為1.42 g/L/h。相比而言,Salt-CSLP培養(yǎng)基下,乳酸產(chǎn)率和生產(chǎn)強度都顯著提高。葡萄糖廢母液營養(yǎng)成分相對于糖蜜而言簡單,適當補充無機鹽類,有利于提高菌群發(fā)酵性能。綜上所述,微生物菌群CEE-DL15具有對粗放生物質(zhì)原料的高耐受性和高轉換效率。實現(xiàn)了無滅菌開放式批式發(fā)酵的高效率生產(chǎn),減少滅菌能耗及復雜操作,大大降低了乳酸生產(chǎn)成本。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ920.6

【參考文獻】

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