凝結(jié)芽孢桿菌LA204高得率高濃度玉米秸稈同步糖化乳酸發(fā)酵研究.pdf

1、以乳酸為原料聚合而成的可快速自然降解和再生聚乳酸纖維(PLA)是目前被認(rèn)為最有潛力替代傳統(tǒng)塑料解決白色污染問(wèn)題的一種環(huán)保材料。以傳統(tǒng)糧食作物為底物進(jìn)行乳酸發(fā)酵會(huì)造成糧食安全問(wèn)題，和乳酸成本的居高不下。以秸稈為乳酸發(fā)酵底物，既可以解決原料來(lái)源受限制和原料成本高的問(wèn)題，同時(shí)解決秸稈資源利用率低造成的環(huán)境問(wèn)題。本課題篩選得到一株凝結(jié)芽孢桿菌Bacilluscoagulans LA204，發(fā)現(xiàn)其可以高效發(fā)酵秸稈產(chǎn)乳酸。
　　本研究主要內(nèi)容

2、包括：⑴利用溴甲酚綠顯色法，從土壤中篩選得到一株木糖同型乳酸發(fā)酵菌株，其發(fā)酵50 g/L木糖可得到46 g/L的乳酸，L-乳酸含量為98.5％，轉(zhuǎn)化率為0.92 g/g。經(jīng)過(guò)16S rDNA鑒定為凝結(jié)芽孢桿菌，命名為L(zhǎng)A204。⑵對(duì)LA204發(fā)酵不同秸稈生產(chǎn)乳酸的能力做了分析。芒草、玉米秸稈、玉米芯、小麥秸稈和水稻秸稈這五種原料1 mol/L氫氧化鈉堿處理并水洗至中性后做底物進(jìn)行乳酸發(fā)酵。在搖瓶發(fā)酵中，以50 g/L秸稈（絕干物料）為底

3、物，10g/L酵母浸粉為氮源和生長(zhǎng)因子，添加Celic2復(fù)合纖維素酶50 FPU/g底物，在50℃條件下進(jìn)行秸稈同步糖化乳酸發(fā)酵，經(jīng)過(guò)堿處理水洗的幾種秸稈中，乳酸對(duì)芒草的轉(zhuǎn)化率最高，為0.75 g/g，其次為對(duì)玉米秸稈的轉(zhuǎn)化率為0.52 g/g，對(duì)玉米芯、小麥秸稈和水稻秸稈的轉(zhuǎn)化率分別為0.44 g/g，0.46 g/g，0.49 g/g;而發(fā)酵未堿處理水洗的秸稈原料，乳酸的轉(zhuǎn)化率都低于0.3 g/g。⑶研究了LA204在搖瓶階段的基本

4、發(fā)酵參數(shù)，得到以下結(jié)果。Ⅰ:不同碳源發(fā)酵實(shí)驗(yàn)表明LA204可以有效的利用秸稈水解產(chǎn)生的葡萄糖、木糖和纖維二糖;Ⅱ:通過(guò)在不同pH條件下的產(chǎn)酸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，LA204的葡萄糖和木糖的最適發(fā)酵pH為6.0，其次為5.5;Ⅲ:不同發(fā)酵溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LA204發(fā)酵葡萄糖和木糖的最適溫度均為50℃;Ⅳ:對(duì)LA204利用不同氮源發(fā)酵產(chǎn)能力做了探究，發(fā)現(xiàn)LA204以酵母浸粉為氮源，乳酸得率為0.9 g/g，玉米漿次之，為0.89 g/g。⑷研究了LA

5、204在5-L厭氧發(fā)酵罐中純糖發(fā)酵性能。以50 g/L葡萄糖為底物，在50℃，pH恒定6.0條件下厭氧發(fā)酵，乳酸終濃度為45.3 g/L，轉(zhuǎn)化率為0.9 g/g，產(chǎn)酸速率0.96 g/L/h;以53g/L木糖為底物發(fā)酵，乳酸終濃度為45.58 g/L，轉(zhuǎn)化率為0.86 g/g，產(chǎn)酸速率為0.885g/L/h。⑸對(duì)LA204在5-L厭氧發(fā)酵罐發(fā)酵玉米秸稈的能力做了研究。以50 g/L水洗堿處理玉米秸稈和未水洗堿處理玉米秸稈為底物進(jìn)行分批乳

6、酸發(fā)酵，發(fā)酵溫度為50℃，pH5.5-6.0，轉(zhuǎn)速300 r/min，酶用量為Celic2復(fù)合纖維素酶50 FPU/g底物。水洗堿處理秸稈乳酸發(fā)酵中，乳酸終濃度為30.41 g/L，轉(zhuǎn)化率0.6 g/g，產(chǎn)酸速率為0.496 g/L/h;而以未水洗堿處理秸稈乳酸發(fā)酵的結(jié)果為，乳酸終濃度12.5 g/L，轉(zhuǎn)化率0.25 g/g，產(chǎn)酸速率0.34 g/L/h。從結(jié)果可以看出，未水洗堿處理秸稈乳酸發(fā)酵效率低，說(shuō)明堿處理產(chǎn)生了多種抑制物，對(duì)乳酸

7、發(fā)酵有很強(qiáng)的抑制作用，而水洗后的堿處理秸稈抑制物被去除，乳酸發(fā)酵順利進(jìn)行。⑹以玉米秸稈為底物進(jìn)行分批補(bǔ)料秸稈同步糖化乳酸發(fā)酵。80 g/L水洗堿處理秸稈為底物進(jìn)行乳酸發(fā)酵，在發(fā)酵中期分別補(bǔ)加未水洗堿處理玉米秸稈和水洗堿處理玉米秸稈。在補(bǔ)加未水洗堿處理秸稈后，乳酸發(fā)酵被抑制，乳酸終濃度為57.3 g/L，轉(zhuǎn)化率為0.43 g/g，產(chǎn)酸速率0.85 g/L/h。補(bǔ)加未水洗秸稈進(jìn)行發(fā)酵，抑制物的作用相對(duì)較低，乳酸轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)酸速率比只用未水洗秸