固定化米根霉發(fā)酵煙草廢棄物生產(chǎn)高濃度L-型乳酸.pdf

1、乳酸（Lactic acid）是一種常見的有機酸，能夠使用生物方法從可再生碳源中發(fā)酵得來。近年來，生物可降解材料聚乳酸的需求量日益增加，而 L-型乳酸的需求量日益高漲。L-型乳酸生產(chǎn)的傳統(tǒng)底物是純糖或者可食用的糧食作物，然而全球糧食資源的緊缺，使得利用纖維素物質(zhì)生產(chǎn)L-型乳酸顯示出了巨大的工業(yè)化潛力。煙草廢棄物富含纖維素，是一種由煙草工業(yè)產(chǎn)生的的固體廢棄物，若將煙草廢棄物綠色高效地轉(zhuǎn)化為高附加值的L-型乳酸，就能夠?qū)崿F(xiàn)生物資源的回收循環(huán)

2、利用，這不僅能夠滿足L-型乳酸市場需求，而且有益于人體健康和環(huán)境質(zhì)量，故此研究具有重要的理論探討和社會意義。
　　本文使用對營養(yǎng)要求低和能夠同時利用葡萄糖和木糖生產(chǎn)光學產(chǎn)物的絲狀真菌——米根霉進行發(fā)酵生產(chǎn)L-型乳酸，以期從煙草廢棄物中高效地生產(chǎn)高濃度的L-型乳酸。然而在生產(chǎn)過程中，有幾個主要的問題需要解決：1）需要去除煙草廢棄物中的果膠和木質(zhì)素物質(zhì)以提高糖化效率；2）米根霉細胞的木糖代謝水平遠遠低于葡萄糖代謝；3）煙草廢棄物含有的

3、大量的水溶性組分會干擾糖化過程。
　　首先，針對去除煙草廢棄物中的果膠和木質(zhì)素問題，采用了稀酸、蒸汽爆破和氧化技術(shù)聯(lián)用方法。氧化祛除病毒是我們實驗室的專利技術(shù)，再采用稀酸-蒸汽爆破法處理，最終選為煙草廢棄物的預處理方法。這種方法能夠提高煙草廢棄物的糖化效率并且保留了半纖維素部分。蒸汽爆破預處理后煙草廢棄物的纖維素和半纖維素相比對照組分別增加了55.4％和86.6%，而木質(zhì)素減少了61.0%，果膠減少了38.3%。
　　其次，

4、針對提高米根霉的木糖代謝水平，發(fā)明了利用煙草廢棄物的水溶性組分作為固定化米根霉的種子培養(yǎng)基。這種新型的種子培養(yǎng)基能夠代替昂貴的傳統(tǒng)葡萄糖種子培養(yǎng)基并能有效提高固定化米根霉的木糖代謝水平。結(jié)果表明，煙草廢棄物萃取液加入5g/L的葡萄糖和0.1g/L的維生素C后最高提高了木糖2.12倍的吸收速率和1.73倍 L-型乳酸的轉(zhuǎn)化率。使用補料式發(fā)酵獲得了最高濃度的 L-型乳酸最終濃度：173.5g/L，對應的生產(chǎn)速率為1.45g/L/h，轉(zhuǎn)化率為

5、0.86g/g。
　　隨后，為了徹底去除煙草廢棄物中的果膠物質(zhì)，實現(xiàn)高濃度固體含量的同步糖化發(fā)酵，液化技術(shù)被用于在預處理之后處理煙草廢棄物。液化技術(shù)通過加入果膠酶和纖維素酶，減少了高固體含量發(fā)酵中93%的液體粘稠度并使得后續(xù)的同步糖化發(fā)酵縮短了40.0%的發(fā)酵時間和提高了66.2%的L-型乳酸最終濃度。最終在優(yōu)化了同步糖化發(fā)酵的條件以后，得到L-型乳酸濃度為125.2g/L，這是目前文獻報道中同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的最高濃度，并達到了

6、工業(yè)有機酸生產(chǎn)的濃度要求。
　　最后，為了降低在液化中使用果膠酶的成本，進行了固定化米根霉利用煙草廢棄物中的果膠生產(chǎn)果膠酶的研究。確定了米根霉在果膠作為唯一碳源時能夠生產(chǎn)出最高活性的果膠酶。進行擴大化發(fā)酵研究并確定了最優(yōu)發(fā)酵罐設置為：孢子接種濃度0.75×106，溶氧度30%，pH=5和溫度30℃。在半連續(xù)重復批次發(fā)酵中，固定化米根霉保持了四批次的高效生產(chǎn)，說明了固定化米根霉具有相當?shù)姆€(wěn)定性。在補料式發(fā)酵中，固定化米根霉生產(chǎn)的果膠