L-乳酸作为一种重要的有机酸,广泛应用于医药、食品和化工领域,作为合成可生物降解新材料—聚乳酸(PLA)的主要原料,L-乳酸有着广泛的应用前景。目前存在着发酵周期较长产率较低、发酵过程能耗较大等问题,导致L-乳酸生产成本居高不下,成为制约L-乳酸产业发展的瓶颈。为了解决以上问题,本研究从耐高温高产乳酸菌的选育、发酵过程控制分析以及新的乳酸在线分离工艺的设计等方面着手,力争从多角度降低L-乳酸发酵的生产成本。(1)以实验室保存的一株高光学纯度的鼠李糖乳杆菌Lactobacillus rhamnosus HG09为出发菌株,对其进行紫外线诱变,结合恒化器筛选的方法,提高了正向突变株的筛选效率;最终得到一株耐高温高产乳酸菌,在50℃下发酵48h,乳酸产量达到84.6±1.8 g/L,较出发菌株提高92.7%,产率达到1.76±0.04 g/(L·h);在经过单因子优化后,发现在42℃下,以150 g/L初糖、8%为接种量、pH 5.8的条件下进行发酵,最终产量达到136±1.2 g/L乳酸,产率达到3.6±0.03 g/(L·h),较出发菌株提高了80%。(2)根据文献报道的固定化方法,对固定化乳酸菌的发酵进行了研究; 7%聚乙烯醇(PVA)、1.5%海藻酸钠混合液与饱和硼酸、2%氯化钙混合液进行反应时,能够得到强度高、传质好的固定化胶体颗粒。该方法制作固定化乳酸菌的乳酸发酵产量与产率与游离菌发酵相当,且可以长时间重复使用。对固定化乳酸菌的连续发酵进行了研究,建立了数学拟合模型,用Matlab对曲线进行分析,得到了一些乳酸发酵过程中的重要参数;根据参数与建立的数学模型,分析了乳酸根与葡萄糖对乳酸发酵过程的影响,最终提出了优化的控制条件。(3)首次将扩张床同有机酸的发酵结合起来,实现了乳酸的在线分离工艺;通过此种工艺并结合补料发酵,乳酸最终产量达到200±2.3 g/L,转化率达到91.8±1.1%,产率达到4.4±0.05 g/(L·h),较批式发酵提高109.6%,较补料批式发酵提高57.1%。同时在很大程度上解决了钙盐法发酵中的污染问题,产品的收率亦可达到85%~99%,较传统的钙盐法发酵(40%~45%收率)有显著提高。