一体式膜反应器发酵乳酸的研究

论文摘要

本文以棉纱布为固定化载体,研究了一体式膜生物反应器固定化米根霉发酵生产乳酸。确定了米根霉的最佳种子培养基为(g.L-1):葡萄糖60.0,NH4NO32.0,MgSO4·7H2O 0.25,NaH2PO40.3,ZnSO4·7H2O 0.05。最佳培养条件:培养温度为34℃,转速为80 r.min-1,装液量30mL（250mL三角瓶）,种子培养时间22h,CaCO3 7.0 g.L-1; 并确定了最佳发酵培养基为(g.L-1):葡萄糖100.0,NH4NO32.0,NaH2PO40.3,MgSO4·7H2O 0.25,ZnSO4·7H2O 0.05。通过研究种子培养阶段摇床速度、CaCO3加入量对菌体形态的影响,确定当培养条件为摇床速度80 r.min-1,CaCO3加入量7.0 g.L-1时,可培养获得最有利于固定化发酵的菌球（d<1mm）,得到乳酸浓度为77.83 g.L-1,单位体积生产量为1.29 g.L-1.h-1。并在已有实验的基础上,研究了通气量和搅拌对木糖发酵乳酸的影响,确定了发酵条件为:通气量为2 vvm,搅拌速率为50 r.min-1。本文采用弱碱性阴离子交换树脂D354从发酵液中分离乳酸。与Amberlite IRA-400、D290、201×4、PVP等树脂相比,D354树脂对乳酸具有优良的吸附能力,pH值为3时Qmax可达到0.5482 g/g干树脂,pH值为5时Qmax达到0.3202 g/g干树脂。同时还研究了D354树脂对乳酸的吸附性能,吸附机理以及温度和pH值对吸附的影响。在此基础上,进行了乳酸脱附研究,筛选得到洗脱剂氨水和氯化钠的混合溶液,其洗脱率可达77.42%。同时在已有实验基础上,进行了乳酸的连续发酵,且模拟实现在线连续分离乳酸。

论文目录

• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 乳酸的性质和应用
• 2.1.1 乳酸的性质
• 2.1.2 乳酸的应用
• 2.2 乳酸的生产方法
• 2.2.1 化学合成法
• 2.2.2 酶法生成乳酸
• 2.2.3 发酵法
• 2.2.4 乳酸生产方法的比较
• 2.3 乳酸生产菌株的进展
• 2.3.1 细菌发酵乳酸的现状
• 2.3.2 霉菌发酵乳酸的现状
• 2.3.3 米根霉发酵生产L-乳酸
• 2.4 原料的选择
• 2.4.1 粮食作物
• 2.4.2 农业废弃物
• 2.4.3 生活垃圾
• 2.5 乳酸的发酵工艺
• 2.5.1 固定化发酵
• 2.5.2 原位发酵（ISPR）
• 2.5.3 分批发酵与连续发酵
• 2.6 乳酸的分离与纯化
• 2.6.1 乳酸钙结晶一酸解工艺
• 2.6.2 酯化法
• 2.6.3 电渗析法
• 2.6.4 减压蒸馏法
• 2.6.5 萃取法
• 2.6.6 离子交换法
• 2.6.7 乳酸分离方法的比较
• 2.7 SMBR 反应器和离子交换法的结合
• 2.8 研究展望
• 第三章 发酵液成分的测定
• 3.1 材料与研究方法
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验药品
• 3.1.3 色谱分离条件
• 3.1.4 流动相的配制
• 3.1.5 样品预处理
• 3.1.6 标准曲线的绘制
• 3.1.7 有机酸的测定
• 3.1.8 DNS 法
• 3.1.9 公式计算
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 紫外检测波长的选择
• 3.2.2 流动相的确定
• 3.2.3 流动相最佳pH 值的选择
• 3.2.4 流动相的浓度
• 3.2.5 糖的测定
• 3.3 小结
• 第四章 乳酸发酵培养基的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 菌种
• 4.1.2 培养基及培养条件
• 4.1.3 分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 种子培养基的确定
• 4.2.2 种子培养条件的研究
• 4.2.3 发酵培养基的确定
• 4.3 小结
• 第五章 乳酸发酵条件的研究
• 5.1 材料研究与方法
• 5.1.1 培养基
• 5.1.2 发酵培养条件
• 5.1.3 实验装置
• 5.1.4 分析方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 菌体形态的控制
• 5.2.2 固定化对发酵的影响
• 5.2.3 发酵条件的控制
• 5.2.4 连续发酵
• 5.3 结论
• 第六章 乳酸的分离
• 6.1 实验材料与方法
• 6.1.1 树脂
• 6.1.2 乳酸模拟发酵液的配制
• 6.1.3 在线分离乳酸流程
• 6.1.4 静态吸附实验
• 6.1.5 动态实验
• 6.1.6 实际发酵液
• 6.1.7 分析方法
• 6.2 结果和讨论
• 6.2.1 树脂的选择
• 6.2.2 乳酸浓度、可发酵糖和无机盐对吸附的影响
• 6.2.3 pH 值对吸附的影响
• 6.2.4 不同pH 值下温度对吸附平衡的影响
• 6.2.5 流速对吸附的影响
• 6.2.6 洗脱实验
• 6.2.7 发酵液的吸附与洗脱
• 6.3 结论
• 结论
• 发表论文与科研情况说明
• 致谢
• 参考文献