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利用小麦秸秆高温发酵生产乳酸研究; Lactic Acid Production from Wheat Straw by Thermophilic Fermentation
张玉明
学位类型博士
导师万印华
2014-10
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业生物化工
关键词乳酸 小麦秸秆 凝结芽孢杆菌 旋转膜 纳滤
摘要乳酸是一种重要的有机酸,广泛应用于食品、医药、化工等领域。利用木质纤维素发酵生产乳酸能有效降低生产成本。本文对小麦秸秆高温发酵生产乳酸进行系统研究,以实现高效率、低成本生产乳酸。 首先,分离得到一株乳酸生产菌Bacillus coagulans IPE22。该菌能够利用多种生物质资源在52°C发酵生产乳酸,其发酵小麦秸秆水解液能力尤为突出。针对该菌株特点,建立了以小麦秸秆为底物的乳酸发酵集成工艺。小麦秸秆经稀酸预处理后,不经脱毒和固液分离操作,直接进行同步糖化共发酵(SSCF)发酵。以10 g/L玉米浆为氮源,发酵100 g小麦秸秆(纤维素酶用量20 FPU/g纤维素),得到46.12 g乳酸。 其次,采用20 kDa的聚丙烯腈(PAN)超滤膜,开展了动态旋转膜澄清乳酸发酵液研究。详细研究了转速和压力对膜渗透通量的影响,并考察了操作条件对细胞活力的影响。结果表明,膜分离过程中,旋转速度和操作压力的匹配十分重要,使用临界通量进行膜分离可有效控制膜污染。旋转膜操作过程中,转速对细胞损伤很小,但是与操作压力密切相关。 再次,以混合糖和小麦秸秆水解液为碳源,开展基于膜分离技术的重复批次发酵工艺,以提高乳酸生产强度。借助于该工艺,发酵体系中细胞浓度得到提高,葡萄糖、木糖和阿拉伯糖实现同步利用,生产强度得到显著提高。以小麦秸秆水解液(含有葡萄糖29.72 g/L,木糖 24.69 g/L,阿拉伯糖5.14 g/L)为碳源,经过5个批次重复发酵,乳酸生产强度达到2.35 g/L/h。 然后,研究了发酵与膜分离耦合连续生产乳酸过程,建立了连续发酵-耦合发酵串联两级发酵工艺。第一级为连续发酵,然后流出液再进入第二级发酵与膜分离耦合系统。经过两级串联发酵后,乳酸浓度和生产强度均得到显著提高。以小麦秸秆水解液(含有葡萄糖29.72 g/L,木糖 24.69 g/L,阿拉伯糖5.14 g/L)为底物,得到乳酸51.37 g/L,生产强度4.77 g/L/h,混合糖利用率达到95.17%。 最后,针对小麦秸秆水解液为碳源得到的乳酸发酵液,进行了乳酸提取工艺研究。使用纳滤技术对发酵液进行脱色除杂,避免使用钙盐沉淀和活性炭脱色操作,显著提高了乳酸提取率。发酵液经过纳滤脱色、离子交换树脂除杂和蒸馏浓缩,最终得到乳酸浓度为81.42%的产品,乳酸提取率达到89.36%。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20290
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
张玉明. 利用小麦秸秆高温发酵生产乳酸研究, Lactic Acid Production from Wheat Straw by Thermophilic Fermentation[D]. 中国科学院研究生院,2014.
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