论文摘要
乳酸菌是能从可溶性碳水化合物发酵产生大量乳酸的一群细菌，它们无芽孢、不运动、革兰氏染色阳性、过氧化氢酶阴性，根据糖代谢途径可将乳酸菌分为专性同型发酵、专性异型发酵和兼性异型发酵。目前乳酸菌已广泛应用于食品、医药保健、工业发酵、饲料等领域。其中，乳酸菌生产化工产品，特别是新型聚酯的单体的研究和应用越来越受到重视。1，3-丙二醇（1，3-propanediol，1，3-PD）是合成新型聚酯化学纤维PTT的单体，PTT具有强的生物可降解，是目前国际上合成纤维新品种开发的热点。近年来，利用微生物法生产1，3-PD在国内外都有较多报道，而乳酸菌生产1，3-PD的研究相对较少。作为食品级安全的乳酸菌，借助代谢工程技术过量生产1，3-PD具有潜在的可能性。本论文从腐败果酒中分离到一株能利用葡萄糖和甘油共发酵生产1，3-PD的乳杆菌。经过形态观察、生理生化和16S rRNA扩增产物专一性位点的酶切验证，鉴定该菌株为短乳杆菌（Lactobacillus brevis），命名为Lb．brevis W5-17。为了检测Lb．brevis W5-17产生1，3-PD的两个关键酶甘油脱水酶（glycerol dehydratase，GDHt）和1，3-丙二醇氧化还原酶（1，3-propanediol NAD+oxidoreductase，PDOR）活性，首先确定了超声波破碎菌体细胞的条件，其结果为：20mL发酵液离心后的菌体重悬于20mL的磷酸钾缓冲液（pH7.0），超声破碎6/7s，间歇4s，次数99，功率300w，细胞破碎率达到60-70％。在厌氧条件下，菌株Lb．brevis W5-17能利用分解葡萄糖过程中产生的还原力NADH，还原甘油生成1，3-PD。本论文对菌株Lb．brevis W5-17产生1，3-PD的发酵条件进行研究，由结果可知，当葡萄糖：甘油为0.05mol/L：0.1mol/L时，厌氧发酵70h可得1，3-PD 11.20mmol/L，甘油的转化率为0.30mol/mol，GDHt和PDOR的最大酶活性分别为0.84U/mL和3.80U/mL。此外，该菌株在有氧条件下也能生成1，3-PD，产量为7.12mmol/L，但其关键酶的活性较厌氧时低，此特性研究为代谢工程改造乳酸菌生产1，3-PD奠定了基础。L-乳酸是生产可降解聚酯乳酸PLA的单体，乳酸菌在生长过程中能产生大量乳酸。为了降低乳酸生产成本，本论文以玉米芯水解液为碳源发酵生产L-乳酸，以实现废弃生物质资源的高值化，进而维持自然界的碳平衡。玉米芯经盐酸水解后产生大量单糖，经液相色谱分析，D-木糖为72～78g/L，D-葡萄糖为10～12g/L，L-阿拉伯糖为9～11g/L。将实验室保藏的多株乳杆菌接种到玉米芯水解液中，培养后筛选得到一株能最大程度转化这三种单糖为L-乳酸的植物乳杆菌Lactobacillus plantarum S34，并对Lactobacillus plantarum S34的代谢特点进行了研究。结果发现，将玉米芯水解液以1：4稀释后，发酵50h，L-乳酸的产量达9.0g/L，乙酸为2.9g/L，葡萄糖和阿拉伯糖的质量利用率为100％，木糖的质量利用率为29.4％。为了进一步提高对木糖的利用效率，对玉米芯水解液培养基的成分进行了优化，获得最佳培养基组成为（g/L）：玉米芯水解液（1：4），大豆蛋白胨20，（NH4）2C6H5O72，K2HPO42，CaCO310，pH6.0。在此基础上，利用5L发酵罐发酵50h，L-乳酸和乙酸的终浓度分别为32.0g/L和14.6g/L。木糖的利用率由29.4％提高到39.0％，阿拉伯糖和葡萄糖几乎消耗完全。
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