利用代謝進(jìn)化及固定化戊糖乳桿菌催化粗甘油制備乳酸的研究.pdf

1、乳酸是三大有機(jī)酸之一，用途極其廣泛。近年來(lái)，隨著乳酸及其衍生物應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，乳酸的需求量也持續(xù)增長(zhǎng)。但以葡萄糖、淀粉等為原料的傳統(tǒng)乳酸發(fā)酵工業(yè)，受限于原料成本的增長(zhǎng)，發(fā)展空間有限。如果以生物柴油產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物粗甘油為底物，可望大大降低乳酸發(fā)酵的生產(chǎn)成本。
　　本研究以實(shí)驗(yàn)室篩選的一株戊糖乳桿菌(Lactobacillus pentosus R3-8)為出發(fā)菌株，以工業(yè)粗甘油為底物，高效發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，為實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

2、
　　本文研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)部分:菌株的代謝進(jìn)化、提高菌株生長(zhǎng)水平以及利用纖維床生物反應(yīng)器固定化菌體進(jìn)行發(fā)酵。主要研究方案和結(jié)果如下:
　　一、培養(yǎng)基中添加高濃度的粗甘油和乳酸代謝進(jìn)化出發(fā)菌株Lactobacilluspentosus R3-8。通過(guò)分別測(cè)定含高濃度粗甘油或乳酸培養(yǎng)基中不同進(jìn)化代數(shù)菌株的生長(zhǎng)曲線，發(fā)現(xiàn)代謝進(jìn)化可以使菌株耐受130 g/L的粗甘油或20g/L的乳酸。
　　二、通過(guò)在培養(yǎng)基中添加不同種類、不同

3、濃度的金屬離子，提高菌株的生長(zhǎng)水平，從而促進(jìn)乳酸的發(fā)酵水平。研究表明培養(yǎng)基中加入濃度10 mg/L以上的Mn2+對(duì)菌體生長(zhǎng)和發(fā)酵水平均有促進(jìn)作用。此外，相比NaOH溶液，氨水更適合用于發(fā)酵過(guò)程中調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH。經(jīng)過(guò)96 h的分批發(fā)酵，乳酸可達(dá)46.4 g/L，甘油的轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.996 g/g，生產(chǎn)強(qiáng)度為0.48 g/L/h。經(jīng)220 h的補(bǔ)料分批發(fā)酵，乳酸濃度可達(dá)83.8 g/L，乳酸對(duì)甘油的轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強(qiáng)度分別為0.978 g/g和

4、0.43g/L/h。
　　三、利用纖維床生物反應(yīng)器將戊糖乳桿菌細(xì)胞固定化，并進(jìn)行了分批發(fā)酵、補(bǔ)料分批發(fā)酵和連續(xù)重復(fù)分批發(fā)酵的考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　(1)與游離細(xì)胞發(fā)酵相比，利用固定化細(xì)胞可以顯著短縮分批發(fā)酵的時(shí)間，提高乳酸的生產(chǎn)強(qiáng)度，通過(guò)固定化細(xì)胞分批發(fā)酵，乳酸產(chǎn)量可達(dá)50.7 g/L，最大產(chǎn)率可達(dá)1.83 g/L/h，甘油轉(zhuǎn)化率為0.947 g/g;
　　(2)通過(guò)固定化補(bǔ)料分批發(fā)酵，得到最高乳酸濃度88.5 g/L