凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵兩種堿處理玉米芯生產(chǎn)乳酸的比較研究.pdf

1、乳酸作為重要的原材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是以乳酸合成的聚乳酸可取代傳統(tǒng)塑料的應(yīng)用，具有十分巨大的發(fā)展?jié)摿?。研究利用木質(zhì)纖維發(fā)酵生產(chǎn)乳酸一方面可以避免當(dāng)前乳酸生產(chǎn)與人爭糧的情況，同時(shí)可降低乳酸與聚乳酸的生產(chǎn)成本，極大地促進(jìn)乳酸和聚乳酸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)雙贏的局面。然而，利用木質(zhì)纖維發(fā)酵生物燃料和化學(xué)品遇到的一個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)是木質(zhì)纖維預(yù)處理之后產(chǎn)生的抑制物會嚴(yán)重影響微生物發(fā)酵。為在預(yù)處理階段消除抑制物以及尋找到一種經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)處理方式，本文

2、研究了兩種堿處理玉米芯的方法，并利用凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵上述方法處理的玉米芯，比較乳酸發(fā)酵性能，獲得了如下重要結(jié)果:
　　1.對未處理、NaOH處理和NH3-H2O2處理的玉米芯成分進(jìn)行了分析，未處理玉米芯纖維素、半纖維素和木質(zhì)素成分分別為37.26％、29.05％、19.60％;水洗的NaOH處理玉米芯木質(zhì)素降低了67.96％，同時(shí)半纖維素也降低了31.19％;水洗的NH3-H2O2處理玉米芯木質(zhì)素降低了12.76％，半纖維素降低了

3、9.78％。結(jié)果表明，NaOH能有效溶解玉米芯中的木質(zhì)素成分，但同時(shí)對半纖維素也造成了較大損失，而NH3-H2O2溶解木質(zhì)素效果不明顯，但很好的保留了玉米芯的半纖維素成分。
　　2.比較了NaOH和CaCO3分別作為乳酸發(fā)酵中和劑對以水洗NaOH處理的玉米芯為底物的乳酸分批發(fā)酵影響。用CaCO3為中和劑的乳酸濃度和轉(zhuǎn)化率為72.62 g/L和0.91 g/g玉米芯，以NaOH為中和劑乳酸的滴度和得率分別為62.91 g/L和0.7

4、9 g/g玉米芯，結(jié)果表明了CaCO3作為pH調(diào)節(jié)劑能有效提高乳酸的產(chǎn)量。
　　3.采用CaCO3為中和劑研究了NaOH處理后水洗玉米芯和NH3-H2O2處理后水洗玉米芯分批補(bǔ)料發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，從80 g/L補(bǔ)加到160 g/L。以水洗的NaOH處理玉米芯為底物的發(fā)酵最終乳酸濃度為122.99 g/L，轉(zhuǎn)化率為0.76 g/g玉米芯，產(chǎn)酸速率為1.37 g/L/h;從水洗的NH3-H2O2處理玉米芯分批補(bǔ)料發(fā)酵中得到118.60 g/L

5、乳酸，轉(zhuǎn)化率為0.74 g/g玉米芯，產(chǎn)酸速率為1.32 g/L/h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用這兩種堿處理水洗的玉米芯乳酸發(fā)酵水平相差不明顯，雖然弱堿不能有效溶解木質(zhì)素，但是在弱堿和氧化劑的共同作用下也可以有效打開木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，促進(jìn)后續(xù)的酶解效率。
　　4.以未水洗的NH3-H2O2處理玉米芯為底物進(jìn)行分批補(bǔ)料發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，用NaOH作為乳酸中和劑。底物初始發(fā)酵濃度為80g/L，補(bǔ)加到184 g/L。最終獲得79.47 g/L乳酸，轉(zhuǎn)化率和

6、產(chǎn)生速率分別為0.43 g/g玉米芯，1.10 g/L/h。結(jié)果說明未水洗堿處理的玉米芯中存在的大量抑制物影響了微生物的生長和發(fā)酵，但與同類研究比較該結(jié)果具有優(yōu)勢。
　　利用木質(zhì)纖維發(fā)酵生產(chǎn)乳酸面臨的主要問題是預(yù)處理過程中會產(chǎn)生影響微生物發(fā)酵的抑制物，目前有效去除抑制物的方法是用大量水洗，但造成了水資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。由于H2O2具有氧化抑制物的作用，因此，本研究利用NaOH處理和NH3-H2O2處理的玉米芯進(jìn)行乳酸發(fā)酵性能的研究