摘要
玉米芯残渣是以玉米芯为原料生产木糖醇过程中产生的富含纤维素的固体工业废渣。高光学纯度的乳酸因其作为生物降解材料聚乳酸(PLA)单体的应用，受到越来越多的关注。本文对使用玉米芯残渣原料生产手性乳酸的过程进行了研究。首先研究了酶用量及固含量对玉米芯残渣的酶解性能的影响，葡萄糖浓度随着酶用量及固含量的增加而增加，得率随酶用量的增加而增加，随固含量的增加而降低，最后酶用量确定为15FPU/gDM;在10％固含量下，对片球乳酸菌Pediococcus acidilactici DQ2的SSF生产乳酸工艺条件进行了优化，确定最优条件为温度45℃、pH5.5，可以不进行预糖化的条件下完成;尝试用廉价的玉米浆代替营养盐组分中昂贵的酵母粉，30/L玉米浆可以代替10/L酵母粉和10/L蛋白胨，降低了98％的蛋白胨成本。在最优条件下，10％固含量SSF可以获得43.11g/L乳酸，产率为0.90g/1/h，得率为73.4％。 为了提高所产乳酸的纯度，通过基因工程改造获得产高光学纯度L-乳酸的P.Acidilactici TY112以及产高光学纯度D-乳酸的P.acidilactici ZP26，比较了原始菌株P.acidilactici DQ2与两株工程菌在合成培养基、玉米芯残渣水解液、玉米芯残渣SSF体系中的乳酸发酵性能。实验结果表明，三株菌在初糖浓度为50g/L的合成培养基中的葡萄糖消耗及乳酸生成速率大致相当，发酵48h可以完全消耗43g/L葡萄糖，产生36g/L左右乳酸;以5％玉米芯残渣水解液为原料，在37、40、42、45、48、50℃6个温度条件下进行了三株菌的乳酸发酵，DQ2及TY112在6个温度条件下的乳酸产率及得率差异不大，最优温度为42℃，该条件下两株菌的乳酸得率为86％左右，产率为1.2g/l/h左右。ZP26的最大乳酸产率为0.97g/l/h，稍低于DQ2和TY112;进一步增加水解液固含量到10％、15％，10％固含量下，ZP26的乳酸产量比DQ2和TY112低了25％，15％固含量下，三株菌的乳酸产量一致。SSF体系中，ZP26与TY112及DQ2乳酸产量的差异缩小了，10％固含量SSF，ZP26的乳酸产量比TY112及DQ2低了4％。对比分析SHF及SSF实验结果，乳酸片球菌更适用SSF模式。对SHF及SSF两种模式下乳酸产率差异原因进行了探索，发现纤维素酶对乳酸片球菌的乳酸发酵起到了促进作用。 乳酸片球菌进行高固含量SSF时的乳酸产率及得率较低，分析是糖化得率及营养等因素导致的，因此选择另一株可在50℃条件下生产高纯度L-乳酸且营养要求较低的菌株-凝结芽孢杆菌B179进行了研究，发现该菌株只有在pH7.0的条件下才能实现高产率的乳酸生产，不适用SSF，因此在pH5.5的玉米芯残渣水解液中对其进行了长期驯化，驯化93次后获得的驯化菌株可以利用高固含量的玉米芯残渣水解液。
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