Lb.paracasei HD1.7合成L-乳酸的代谢调控及L-乳酸的提取纯化

论文摘要

乳酸作为一种古老而重要的有机酸,在食品、化工和医药等领域具有广泛的市场应用前景。由于人体只有可代谢L-乳酸的L-乳酸脱氢酶,因此,在食用及药用等领域中的乳酸要求其构型为L型,而且旋光纯度很高。在以L-乳酸为单体合成高分子材料聚L-乳酸工业中要求L-旋光纯度达到97%以上,高纯度的L-乳酸要求使聚L-乳酸生产成本居高不下,其应用受到很大限制。本论文以Lb.paracasei HD1.7作为生产L-乳酸的出发菌株,通过对Lb.paracasei HD1.7产生L-乳酸的关键酶---乳酸脱氢酶（Lactate dehydorgenase LDH）的性质研究作为基础,进行代谢调节。结合工业生产的需要,探索了陶瓷膜、纳滤膜结合的方法去除蛋白质、粉末状活性炭脱糖、脱色素及离子交换法分离提取L-乳酸的工艺。试验主要结论如下:1、从Lb.paracasei HD1.7中提取的LDH最适活性温度为35℃,最适反应pH值7.5,该酶可被Mg2+、Ca2+激活,被Mn2+抑制;LDH对丙酮酸的米氏常数Km为1.30×10-3mol/L,对NADH的米氏常数Km为8.69×10-4mol/L;通过在发酵12h时添加10g/L的丙酮酸,乳酸产量达到94g/L,提高13g /L,L-乳酸旋光纯度达97.4%。2、采用陶瓷膜、纳滤膜过滤后,蛋白去除率可达87.5%,乳酸损失率为4.5%,与传统加热变性蛋白、碱调、添加凝聚剂沉降等去蛋白工艺相比具有蛋白去除率高,乳酸损失率低,工艺简单,不引进新杂质等明显优势。3、对比4种活性炭吸附剂的脱糖、脱色效果,优选出光复牌粉末状活性炭,针对添加量、温度、搅拌速度、吸附时间及pH值五个因素对吸附效果的影响,在单因素试验基础上采用正交试验设计,得出最佳脱糖、脱色条件为:光复牌粉末活性炭添加量6%、温度50℃、pH为6.0、搅拌速度110rpm、吸附时间2.0h,脱糖率为90.3%,色素的去除率为96.5%,乳酸的损失率为5.8%。4、从9种树脂中筛选出适合乳酸提取的阳离子交换树脂001-7和阴离子交换树脂D301-R,通过动态吸附试验,研究温度、流速、入口乳酸浓度对交换容量、吸附平衡时间的影响,确定树脂最佳提取条件分别为:温度30℃、流速2mL/min、入口乳酸浓度为80g/L和温度40℃、流速1.5mL/min、入口乳酸浓度为100g/L。提取后乳酸回收率达到76%。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 乳酸的结构及性质
• 1.1.1 乳酸的结构
• 1.1.2 乳酸的理化性质
• 1.2 L-乳酸及其衍生物的应用
• 1.2.1 L-乳酸及其衍生物在食品中的应用
• 1.2.2 L-乳酸及其衍生物在医药业中的应用
• 1.2.3 L-乳酸在化学工业中的应用
• 1.2.4 聚 L-乳酸的应用
• 1.3 发酵法生产L-乳酸的代谢途径
• 1.3.1 同型乳酸发酵
• 1.3.2 异型乳酸发酵
• 1.3.3 混合乳酸发酵
• 1.4 细菌发酵乳酸的代谢工程研究进展
• 1.5 乳酸提取工艺研究进展
• 1.5.1 钙盐法
• 1.5.2 萃取法
• 1.5.3 离子交换法
• 1.5.4 膜技术
• 1.6 论文的主要研究内容及意义
• 1.6.1 主要研究内容
• 1.6.2 研究目的意义
• 第2章 Lb.paracasei HD1.7发酵L-乳酸的代谢调控
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 LDH 性质研
• 2.2.2 丙酮酸对乳酸的发酵调节
• 2.3 本章小结
• 第3章 Lb.paracasei HD1.7 发酵液中L-乳酸的粗提
• 3.1 材料
• 3.1.1 试剂
• 3.1.2 主要仪器
• 3.2 方法
• 3.2.1 检测方法
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 膜过滤去除发酵液中蛋白质
• 3.3.2 活性炭脱糖脱色工艺研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 离子交换树脂法提取 L-乳酸及成品质量检测
• 4.1 试验材料
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 离子交换树脂的预处理
• 4.2.2 离子交换树脂提取乳酸
• 4.2.3 乳酸成品的浓缩
• 4.2.4 成品乳酸质量分析
• 4.3 乳酸提取总工艺流程
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 离子交换树脂的选择
• 4.4.2 温度对交换容量的影响
• 4.4.3 流速对分离效果的影响
• 4.4.4 乳酸浓度对分离效果的影响
• 4.4.5 最佳提取工艺参数验证
• 4.4.6 成品乳酸质量分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 讨论
• 5.1 b.paracasei HD1.7 发酵 L-乳酸的代谢调控
• 5.2 乳酸提取工艺
• 5.3 后续工作思路
• 5.3.1 Lb.paracasei HD1.7 代谢调控
• 5.3.2 乳酸提取
• 5.3.3 乳酸应用
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文