文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
耐高温高产乳酸菌的选育及乳酸发酵新工艺研究
姓名:曾翔
申请学位级别:硕士
专业:生物化工
指导教师:鲁明波;余龙江
2011-01
华中科技大学硕士学位论文
摘要
L-乳酸作为一种重要的有机酸,广泛应用于医药、食品和化工领域,作为合成
可生物降解新材料—聚乳酸(PLA)的主要原料,L-乳酸有着广泛的应用前景。目前
存在着发酵周期较长产率较低、发酵过程能耗较大等问题,导致 L-乳酸生产成本居
高不下,成为制约 L-乳酸产业发展的瓶颈。为了解决以上问题,本研究从耐高温高
产乳酸菌的选育、发酵过程控制分析以及新的乳酸在线分离工艺的设计等方面着手,
力争从多角度降低 L-乳酸发酵的生产成本。
(1)以实验室保存的一株高光学纯度的鼠李糖乳杆菌 Lactobacillus rhamnosus
HG09 为出发菌株,对其进行紫外线诱变,结合恒化器筛选的方法,提高了正
向突变株的筛选效率;最终得到一株耐高温高产乳酸菌,在 50℃下发酵 48h,
乳酸产量达到 ± g/L,较出发菌株提高 %,产率达到 ±
g/(L·h);在经过单因子优化后,发现在 42℃下,以 150 g/L 初糖、8%为接种量、
pH 的条件下进行发酵,最终产量达到 136± g/L 乳酸,产率达到 ±
g/(L·h),较出发菌株提高了 80%。
(2)根据文献报道的固定化方法,对固定化乳酸菌的发酵进行了研究; 7%聚
乙烯醇(PVA)、%海藻酸钠混合液与饱和硼酸、2%氯化钙混合液进行反应时,能
够得到强度高、传质好的固定化胶体颗粒。该方法制作固定化乳酸菌的乳酸发酵产
量与产率与游离菌发酵相当,且可以长时间重复使用。对固定化乳酸菌的连续发酵
进行了研究,建立了数学拟合模型,用 Matlab 对曲线进行分析,得到了一些乳酸发
酵过程中的重要参数;根据参数与建立的数学模型,分析了乳酸根与葡萄糖对乳酸
发酵过程的影响,最终提出了优化的控制条件。
(3)首次将扩张床同有机酸的发酵结合起来,实现了乳酸的在线分离工艺;通
过此种工艺并结合补料发酵,乳酸最终产量达到 200± g/L,转化率达到 ±%,
产率达到 ± g/(L·h),较批式发酵提高 %,较补料批式发酵提高 %。
同时在很大程度上解决了钙盐法发酵中的污染问题,产品的收率亦可达到 85%~99%,
较传统的钙盐法发酵(40%~45%收率)有显著提高。
关键词:耐高温高产乳酸菌 L-乳酸固定化发酵数学建模扩张床吸附
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
L-lactic acid is an anic acid which is widely used in pharmaceutical, food
and chemical fields; as the main raw material of synthesizing the new biodegradable -
polylactic acid (PLA), L-lactic acid has a broad application prospects. Currently, there are
many issues during the lactic acid fermentation such as low yield and long period of
fermentation, and the high energy consumption and other issues, resulting in high
production costs of L-lactic acid, which hindered its development. To solve the above
problems, the study focused on the high-temperature resistant and high-yield breeding,
fermentation process control analysis and the new lactate ation designing, in order
to improve the L-lactic acid fermentation and to reduce production costs.
(1) A strain Lactobacillus rhamnosus HG09 pro