木质纤维水解液混菌发酵制备乳酸的研究文献综述

 2022-03-01 22:14:07

研究目的及意义

化石燃料的不断枯竭和生态环境的不断恶化使得寻求替代资源和新的化学品炼制方式成为未来可持续发展的必要趋势。木质纤维生物质资源主要由纤维素、半纤维素以及木质素三大部分组成，是一种来源丰富、成本低廉的可再生资源，因此，可利用木质纤维原料通过生物转化法制备乳酸产品。不过，此种方法仍有部分缺陷，木质纤维原料水解过程中虽然会产生可发酵的糖，但同时也会形成和释放一些抑制物，这些抑制物会严重影响后续的生物转化过程。由于通过单细胞降解转化木质纤维原料存在模块和功能集成度过高、细胞代谢负荷重等缺陷，使得木质纤维原料难以实现高效利用。因此，建立双菌人工多细胞体系制备乳酸就显得尤为重要。本论文拟通过设计和构建凝结芽孢杆菌和恶臭假单胞菌人工多细胞体系，阐明负责消除胁迫因子的假单胞菌与凝结芽孢杆菌之间的互作与适配机制，建立系统鲁棒稳定的工业菌群，以实现木质纤维素水解的直接发酵。通过双菌体系之间的劳动分工、协同作用进行生物质炼制对于同步实现低劣生物质有效降解、胁迫因子消除和有用化学品高效合成，指导低劣生物质高值化利用的发展方向具有重要意义。

国内外同类研究

2.1 微生物发酵产乳酸

2.1.1 乳酸性质及应用

（1）乳酸的性质

乳酸（lactic acid）是三大有机酸之一，学名为alpha;-羟基丙酸，分子式为 CH3CHOHCOOH，相对分子质量为90.08，相对密度在25℃时约为1.206，熔点为16.8℃，沸点为122℃（1995Pa）。乳酸通常是无色或浅黄色的糖状粘稠体，具有很强的吸水性。它可以与乙醇、乙醚自由混合，但与氯仿不混溶。高浓度乳酸不稳定，易脱水和缩合，具有弱酸性和弱腐蚀性。由于分子中含有一个不对称碳原子，故乳酸分子具有旋光性，分为D-型（右旋）、L-型（左旋）、DL-型[1]。

（2）乳酸的应用

乳酸作为一种重要的有机酸，在人体、动植物、微生物中广泛存在。乳酸按其旋光性可分为D-乳酸、L-乳酸、DL-乳酸三种。由于人体仅具有分解L-乳酸的酶，故人体只能利用L-乳酸。乳酸、乳酸盐及其衍生物广泛应用于食品、饮料、医药、酿造、纺织和电子工业等诸多领域。此外，随着人们对环保意识的增强，L-乳酸也可以聚合生成聚L-乳酸，可用于制造可生物降解的塑料，以解决日益严重的“白色污染”问题[2,3]。

2.1.2 乳酸发酵机理

生物发酵法是乳酸生产过程中应用最广泛的方法，发酵法是以淀粉、牛乳等为原料，接种微生物经发酵而生产乳酸，具有底物成本低、生产温度温和、能耗低的优点，并且可以用于生产具有高光学纯度且构型单一的乳酸[4]。按发酵过程中产物生成情况 ,可以将乳酸发酵分为同型乳酸发酵（Homofermentation）、异型乳酸发酵(Heterofermentation)、混合型乳酸发酵(Mixed fermentation),它们各自具有不同的发酵机理，主要包括：同型发酵、异型发酵、双歧发酵[5] 。

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