论文总字数：20360字

摘 要

D-乳酸是一种很关键的手性分子，使用范围多而广。近年来发现其在熔点、机械强度、抗水解性等方面具有突出作用，引起大批学者的广泛关注，比如聚乳酸（PLA）被广泛地进行研究。D-乳酸因为极具开发潜力而成为一个精细化工品，市场前景广阔。

本研究事先选取的D-乳酸生产菌Sporolactobacillus sp. YBS1-5，用作发酵菌种，使用蛋白酶处理后的麸皮水解液作为发酵培养基的氮源和碳源发酵生产D-乳酸，能显著的减少D-乳酸的生产成本，进一步实现资源的再次循环使用。主要研究结果如下：

将麸皮作为D-乳酸生产的氮源。利用蛋白酶对麸皮进行水解，其酶解液用来代替原培养基中的酵母粉进行发酵制备D-乳酸。通过对蛋白酶种类的选择、底物浓度的优化以及反应时间的调节优化，最终得到一个比较高效的蛋白酶水解条件。将烘干的麸皮进行粉碎处理后作为原料，水解酶选择酸性蛋白酶，添加量为2000U/g麸皮干重，底物浓度为17%（w/v），pH为2.5，在40℃的温度下酶解8小时。最终酶解液含氮量为4.6g/L，氮回收率为91.1%，用150g/L葡萄糖作为碳源的条件下，以上述麸皮的蛋白酶水解液替代酵母粉（以酵母粉中的含氮量为依据，水解液的添加量为110ml/L）发酵制备D-乳酸，经过84h发酵后，乳酸产量为114.2g/L，转化率为89.3%，产酸速率1.35g/L/h，光学纯度接近99%。

关键词：菊糖芽孢乳杆菌 D-乳酸 麸皮水解液 蛋白酶

The primary research of D-lactic acid fermentation by bran protease hydrolyzate

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Abstract

D- lactic acid is an important chiral compounds are widely used in many fields. In recent years, it was found to have a prominent role in the melting point, mechanical strength, resistance to hydrolysis, etc., caused widespread concern a large number of scholars, such as polylactic acid (PLA) has been extensively studied. D- lactic acid because great development potential and become a fine chemicals market prospects.

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D- lactic acid is an important chiral compounds are widely used in many fields. In recent years, it was found to have a prominent role in the melting point, mechanical strength, resistance to hydrolysis, etc., caused widespread concern a large number of scholars, such as polylactic acid (PLA) has been extensively studied. D- lactic acid because great development potential and become a fine chemicals market prospects窗体底端

This study selected beforehand D- lactic acid producing bacteria Sporolactobacillus sp. YBS1-5, bacteria used for fermentation, use bran hydrolyzate after protease treatment of the fermentation medium as a source of nitrogen and carbon D- lactic acid fermentation can be effectively lactic acid D- reduce manufacturing costs, and to achieve the reuse of waste resources.

By protease hydrolysis of bran, which is used to replace the original hydrolyzate medium yeast fermentation preparation D- lactic acid. By selection of the type of proteases, optimization and adjustment of the reaction time of the optimized substrate concentration. The dried bran as the raw material after pulverization treatment, acid protease selected hydrolase, dosage 2000U / g dry weight of wheat bran, substrate concentration of 17% (w / v), pH 2.5, at 40 ℃ of hydrolysis temperature for 8 hours. Final hydrolyzate nitrogen content of 4.6g / L, nitrogen recovery was 91.1%, down by 150g / L glucose as carbon sources, the above bran protease hydrolyzate substitute yeast D- lactic acid prepared by fermentation, after 84h of fermentation, lactic acid production was 114.2g / L, the conversion was 89.3%, the rate of acid production 1.35g / L / h, The optical purity of approximately 99%.

Key Words: Sporolactobacillus sp, D-lactic acid, bran hydrolyzate, Protease.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 文献综述 1

1.1乳酸的结构与性质 1

1.2 D-乳酸的应用 2

1.2.1在手性物质合成中D-乳酸的应用 2

1.2.2 D-乳酸在聚乳酸上的应用 2

1.3 D-乳酸的生产制备方法 3

1.3.1乳酸的制备方法 3

1.3.2 D-乳酸的发酵机理 3

1.4 D-乳酸的生产研究进展 5

1.4.1 D-乳酸生产菌种研究进展 5

1.4.2利利用农业废弃物作为氮源制备D-乳酸的研究进展 6

1.4.3用低廉生物质作碳源产D-乳酸研究进展 6

1.4.4利用小麦麸皮制备廉价碳氮源的研究进展 8

1.5本研究思路及主要内容 8

第二章 麸皮蛋白酶水解液添加发酵D-乳酸初步研究 10

2.1 实验材料 10

2.1.1实验菌株 10

2.1.2实验试剂 11

2.1.3实验仪器 12

2.1.4培养基组成 12

2.1.5缓冲溶液的配置 13

2.2 实验方法 14

2.2.1摇瓶发酵培养 14

2.2.2蛋白酶种类的选择 14

2.2.3蛋白酶水解底物浓度的优化 15

2.2.4蛋白酶反应时间的优化 15

2.2.5 利用酸性蛋白酶水解液进行发酵实验 15

2.3 分析方法 15

第三章 结果与分析 19

3.1 小麦麸皮组分测定结果 19

3.2 蛋白酶种类的选择 19

3.3 底物麸皮的浓度对蛋白酶水解效率的影响 21

3.4 麸皮水解液添加量的优化 22

3.5 利用酸性蛋白酶水解液进行发酵 23

第四章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 文献综述

乳酸（lactic acid）是目前最潜力值较高的有机酸之一，用途多而广。近年来，发现L-聚乳酸（PLLA）的熔点、机械强度、抗水解性等方面具有杰出的作用，越来越多研究者开始研究L-聚乳酸^[1.2]。目前市场所生产的乳酸主要是通过厌氧发酵法制备，L-乳酸的制备工艺相比于D-乳酸成熟了许多，寻找低廉成本的原料以及建立简单制备工序成为D-乳酸研发的重要指向。

1.1乳酸的结构与性质

乳酸（α-羟基丙酸，简称LA），分子式为CH₃CHOHCOOH，分子量90.1，是三大有机酸之一，大部分存在于各种动植物和微生物中^[3]。因为在分子结构中有互不对称的碳原子，故而出现两种LA，分别为D(-)-型和L( )-型乳酸，如图1-1所示。L-乳酸是LA在自然界中普遍存在的构型^[4]，而两种LA互为旋光异构体，二者不能重叠，因此确定它们都是手性化合物，而且除旋光性以外，他们所拥有理化性质都应该一样^[5]；观察D-乳酸的结构，发现同时存在一个α-羧基和一个α-羟基，可在某些条件下参与酯化反应、缩合以及氧化还原反应，同时也可以进行脱水反正从而形成聚乳酸（PLA）^[6]。D-乳酸在加热条件下还可以进行分子间的酯化形成乳酰乳酸，但稀释后在加热条件下又会还原为D-乳酸^[7]。

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