凝结芽胞杆菌利用非粮生物质合成乳酸的研究

发布时间：2021-01-08 17:49

　　乳酸被广泛应用于食品、医药、化妆、纺织和化工等领域,近年来生物可降解材料聚乳酸的生产,加大了工业乳酸的需求量。微生物发酵法是工业生产乳酸的主要方法,但原料成本及发酵工艺是制约生物合成乳酸规模化生产的主要因素。本研究以嗜热凝结芽胞杆菌（Bacillus coagulans）IPE22为出发菌株,以非粮生物质为原料,对开放式发酵生产乳酸的规律及机理进行研究。（1）针对淀粉质生物质,首先以可溶性淀粉做碳源研究B.coagulans IPE22开放式发酵合成乳酸的机制,发现IPE22菌株可以分泌淀粉酶（29.47 mU/mg）并合成乳酸,但乳酸生产强度较低（0.80 g/（L·h））。进而,针对传统工艺中以淀粉为原料合成乳酸时存在的最适酶解温度与发酵温度不一致导致的操作繁琐问题,利用多种淀粉酶开展不同的酶解策略研究,发现添加中温α-淀粉酶和糖化酶的一步法同步液化糖化发酵（SLSF）工艺可以高效合成乳酸,淀粉转化率、乳酸得率和生产强度分别可达89.77%、0.99 g/g和1.72 g/（L·h）。最后,以富含淀粉的非粮生物质（木薯粉和高粱粉）代替可溶性淀粉开展一步开放式发酵合成乳酸实验,发现乳... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１乳酸（盐）的商业用途问??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＬＡ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｓａｌｔ??１??

预计２０２５年将达到１９６０．１?ｋｔ［ｎ］。??Ｕ．２乳酸的合成??乳酸生产主要有化学合成法和微生物发酵法（图１．２）。化学合成法首先利??用乙醛和氢氰酸经过高压反应合成乳腈，然后乳腈经硫酸水解生成乳酸，该方法??所产乳酸纯度高，但产物是外消旋的ＤＬ－乳酸。而微生物发酵法，则是以糖、淀??粉和木质纤维素等做原料，利用各种细菌或真菌经过生物转化合成乳酸，发酵产??物可以是高光学纯度的Ｌ－或Ｄ－乳酸［１２］。在聚乳酸合成中，Ｌ－或Ｄ－乳酸均聚物形??成结构规则的结晶相，而Ｌ－和Ｄ－乳酸共聚物形成结构不规则的非晶态材料。为??了得到均相的聚乳酸，合成高光学纯度的Ｄ－或Ｌ－乳酸单体是必要的Ｗ。因此微??生物发酵法已成为工业生产乳酸的主流方法，全球乳酸总量中约９０％通过此法获??得［１３］。??Ａｃｅｔａｌｄｅｈｙｄｅ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｃｙａｎｉｄｅ?Ｌｉｇｎｏ

预计２０２５年将达到１９６０．１?ｋｔ［ｎ］。??Ｕ．２乳酸的合成??乳酸生产主要有化学合成法和微生物发酵法（图１．２）。化学合成法首先利??用乙醛和氢氰酸经过高压反应合成乳腈，然后乳腈经硫酸水解生成乳酸，该方法??所产乳酸纯度高，但产物是外消旋的ＤＬ－乳酸。而微生物发酵法，则是以糖、淀??粉和木质纤维素等做原料，利用各种细菌或真菌经过生物转化合成乳酸，发酵产??物可以是高光学纯度的Ｌ－或Ｄ－乳酸［１２］。在聚乳酸合成中，Ｌ－或Ｄ－乳酸均聚物形??成结构规则的结晶相，而Ｌ－和Ｄ－乳酸共聚物形成结构不规则的非晶态材料。为??了得到均相的聚乳酸，合成高光学纯度的Ｄ－或Ｌ－乳酸单体是必要的Ｗ。因此微??生物发酵法已成为工业生产乳酸的主流方法，全球乳酸总量中约９０％通过此法获??得［１３］。??Ａｃｅｔａｌｄｅｈｙｄｅ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｃｙａｎｉｄｅ?Ｌｉｇｎｏ


本文编号：2965031