代谢甘油高产乳酸菌种筛选及发酵工艺优化

论文摘要

乳酸作为一种环境友好新兴材料,广泛应用于制药、食品、皮革等工业中,由于可降解塑料聚乳酸生产量的增加,对于乳酸需求也越来越多。本论文主要围绕甘油发酵生产乳酸工艺的一些探索性问题展开研究。从土壤中筛选获得8株能够在有氧条件下转化甘油生产乳酸的野生菌株。其中,菌株AC-521可高效利用甘油生产乳酸,经过生理生化和16S rDNA分子鉴定,确定其属于大肠埃希氏菌,命名为Escherichia coli AC-521,作为后续研究用菌株。通过五因素四水平正交试验,优化了其最佳发酵培养基成分为初始甘油70 g/L,酵母粉4 g/L,蛋白胨7 g/L,（NH4）2SO4 10 g/L,K2HPO4 2.5 g/L。通过摇床发酵实验,菌体最佳生长温度为37℃,种龄为12 h,接种量为1%,发酵培养基初始pH为6.5。通过批次发酵实验,得到菌株E.coli AC-521的最佳工艺参数如下:发酵温度、pH、搅拌速度和通风量分别为42℃、6.5、350 r/min和2 L/min。为了得到更高的乳酸生产强度和乳酸浓度,利用该最佳发酵工艺参数条件的5 L发酵罐批次补料发酵实验表明:该菌株发酵88 h后,乳酸产量可达到83.6 g/L,平均生产强度为0.95 g/L·h,得率为0.89 mol/mol甘油。最后,研究了利用不同生物柴油生产工艺中所副产物粗甘油对E.coli AC-521发酵生产乳酸的影响。结果表明生物柴油副产物粗甘油均能直接应用于乳酸的发酵,菌株E.coli AC-521表现了很好的工业利用价值。本文的研究结果为高效利用生物柴油副产甘油提供了新思路,为将来实现生物柴油和乳酸耦联生产,降低乳酸工业化生产成本提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 乳酸的概述
• 1.1 乳酸的理化性质
• 1.2 乳酸的应用
• 1.2.1 食品行业
• 1.2.2 医药行业
• 1.2.3 生物可降解材料——聚乳酸
• 1.2.4 其他应用
• 1.3 乳酸的生产方法
• 1.3.1 化学合成法
• 1.3.2 酶法
• 1.3.3 发酵法
• 1.3.4 乳酸生产方法的比较
• 2 微生物发酵法生产乳酸
• 2.1 细菌发酵法的研究进展
• 2.2 根霉发酵法的研究进展
• 2.3 细菌乳酸发酵和根霉乳酸发酵的比较
• 3 本文研究意义和内容
• 3.1 选题背景
• 3.2 主要研究内容
• 第二章 代谢甘油高产乳酸的菌种筛选与鉴定
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 菌种
• 1.1.1 培养基
• 1.1.3 主要仪器设备及试剂
• 1.2 细胞培养方法
• 1.3 分析方法
• 1.3.1 生物量测定
• 1.3.2 底物和产物的测定
• 1.4 主要基因操作方法
• 1.4.1 细菌总DNA的提取方法
• 1.4.2 PCR产物的回收方法
• 1.4.3 PCR产物与pMD18-T-Simple克隆质粒的连接方法
• 1.4.4 热冲击法转化大肠杆菌
• 2 实验设计
• 2.1 乳酸产生菌的筛选
• 2.2 筛选所得菌株分类学鉴定
• 2.2.1 菌株生理生化特性鉴定
• 2.2.2 16S rDNA基因分类鉴定
• 3 结果与讨论
• 3.1 菌株筛选
• 3.2 菌株AC-521的鉴定
• 3.2.1 菌株AC-521的形态特征
• 3.2.2 菌株AC-521的生理生化实验结果
• 3.2.3 菌株AC-521的16S rDNA基因序列比较分析
• 4 小结
• 第三章 菌株的培养基及发酵条件的优化
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 细胞培养方法
• 1.3 分析方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 菌株AC-521发酵乳酸的培养基优化
• 2.1.1 碳源浓度对发酵的影响
• 2.1.2 氮源对发酵的影响
• 2.1.3 磷源对发酵的影响
• 2.1.4 培养基组成优化
• 2.2 发酵条件优化
• 2.2.1 发酵温度对乳酸产量及菌体生长的影响
• 2.2.2 初始pH对乳酸产量及菌体生长的影响
• 2.2.3 种龄对乳酸产量及菌体生长的影响
• 2.2.4 接种量对乳酸产量及菌体生长的影响
• 3 结论
• 第四章 菌株AC-521发酵甘油生产乳酸的工艺参数优化
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 细胞培养方法
• 1.3 分析方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 菌株AC-521发酵乳酸的工艺优化
• 2.1.1 温度对菌株AC-521发酵的影响
• 2.1.2 pH对菌株AC-521发酵的影响
• La）对菌株AC-521发酵的影响'>2.1.3 氧传质系数（K_La）对菌株AC-521发酵的影响
• 2.2 菌株AC-521在优化条件下的批次发酵实验
• 2.3 菌株AC-521在优化条件下的批次补料发酵实验
• 3 小结
• 第五章 生物柴油副产物粗甘油发酵生产乳酸的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 细胞培养方法
• 1.3 分析方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 以生物柴油粗甘油为原料的批次发酵实验
• 2.2 以生物柴油粗甘油为原料的批次补料发酵实验
• 2.3 甘油和糖类为原料发酵生产乳酸的比较
• 3 小结
• 第六章 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ:HPLC测定乳酸,甘油,乙酸,1,3-丙二醇,丁二酸的标准曲线
• 附录Ⅱ:化学分析所用标准曲线
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文