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题名	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
作者	张玉明
学位类别	博士
答辩日期	2014-10
授予单位	中国科学院研究生院
导师	万印华
关键词	乳酸 小麦秸秆 凝结芽孢杆菌 旋转膜 纳滤
学位专业	生物化工
中文摘要	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
公开日期	2016-05-03
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20290]
专题	过程工程研究所_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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