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以乳酸为原料聚合而成的可快速自然降解和再生聚乳酸纤维(PLA)是目前被认为最有潜力替代传统塑料解决白色污染问题的一种环保材料。以传统粮食作物为底物进行乳酸发酵会造成粮食安全问题,和乳酸成本的居高不下。以秸秆为乳酸发酵底物,既可以解决原料来源受限制和原料成本高的问题,同时解决秸秆资源利用率低造成的环境问题。本课题筛选得到一株凝结芽孢杆菌Bacillus coagulans LA204,发现其可以高效发酵秸秆产乳酸。实验结果如下:1.利用溴甲酚绿显色法,从土壤中筛选得到一株木糖同型乳酸发酵菌株,其发酵50 g/L木糖可得到46 g/L的乳酸,L-乳酸含量为98.5%,转化率为0.92 g/g。经过16S r DNA鉴定为凝结芽孢杆菌,命名为LA204。2.对LA204发酵不同秸秆生产乳酸的能力做了分析。芒草、玉米秸秆、玉米芯、小麦秸秆和水稻秸秆这五种原料1 mol/L氢氧化钠碱处理并水洗至中性后做底物进行乳酸发酵。在摇瓶发酵中,以50 g/L秸秆(绝干物料)为底物,10 g/L酵母浸粉为氮源和生长因子,添加Celic2复合纤维素酶50 FPU/g底物,在50℃条件下进行秸秆同步糖化乳酸发酵,经过碱处理水洗的几种秸秆中,乳酸对芒草的转化率最高,为0.75 g/g,其次为对玉米秸秆的转化率为0.52 g/g,对玉米芯、小麦秸秆和水稻秸秆的转化率分别为0.44 g/g,0.46 g/g,0.49 g/g;而发酵未碱处理水洗的秸秆原料,乳酸的转化率都低于0.3 g/g。3.研究了LA204在摇瓶阶段的基本发酵参数,得到以下结果。Ⅰ:不同碳源发酵实验表明LA204可以有效的利用秸秆水解产生的葡萄糖、木糖和纤维二糖;Ⅱ:通过在不同p H条件下的产酸实验发现,LA204的葡萄糖和木糖的最适发酵p H为6.0,其次为5.5;Ⅲ:不同发酵温度的实验结果表明LA204发酵葡萄糖和木糖的最适温度均为50℃;Ⅳ:对LA204利用不同氮源发酵产能力做了探究,发现LA204以酵母浸粉为氮源,乳酸得率为0.9 g/g,玉米浆次之,为0.89 g/g。4.研究了LA204在5-L厌氧发酵罐中纯糖发酵性能。以50 g/L葡萄糖为底物,在50℃,p H恒定6.0条件下厌氧发酵,乳酸终浓度为45.3 g/L,转化率为0.9 g/g,产酸速率0.96 g/L/h;以53 g/L木糖为底物发酵,乳酸终浓度为45.58g/L,转化率为0.86 g/g,产酸速率为0.885 g/L/h。5.对LA204在5-L厌氧发酵罐发酵玉米秸秆的能力做了研究。以50 g/L水洗碱处理玉米秸秆和未水洗碱处理玉米秸秆为底物进行分批乳酸发酵,发酵温度为50℃,p H5.5—6.0,转速300 r/min,酶用量为Celic2复合纤维素酶50 FPU/g底物。水洗碱处理秸秆乳酸发酵中,乳酸终浓度为30.41 g/L,转化率0.6 g/g,产酸速率为0.496 g/L/h;而以未水洗碱处理秸秆乳酸发酵的结果为,乳酸终浓度12.5 g/L,转化率0.25 g/g,产酸速率0.34 g/L/h。从结果可以看出,未水洗碱处理秸秆乳酸发酵效率低,说明碱处理产生了多种抑制物,对乳酸发酵有很强的抑制作用,而水洗后的碱处理秸秆抑制物被去除,乳酸发酵顺利进行。6.以玉米秸秆为底物进行分批补料秸秆同步糖化乳酸发酵。80 g/L水洗碱处理秸秆为底物进行乳酸发酵,在发酵中期分别补加未水洗碱处理玉米秸秆和水洗碱处理玉米秸秆。在补加未水洗碱处理秸秆后,乳酸发酵被抑制,乳酸终浓度为57.3 g/L,转化率为0.43 g/g,产酸速率0.85 g/L/h。补加未水洗秸秆进行发酵,抑制物的作用相对较低,乳酸转化率和产酸速率比只用未水洗秸秆发酵乳酸的情况下有所提高。在补加水洗碱处理秸秆的乳酸发酵中,乳酸发酵高效进行,终浓度为97.6 g/L,转化率0.67 g/g,产酸速率1.63 g/L/h,从结果可以看出,分批补料发酵可以达到高的乳酸浓度,产酸速率提高2倍。L-乳酸含量为98%