乳酸是一种重要的多用途有机酸，其应用范围广泛分布于食品、医药、化妆品、化工等领域，而且是其他许多化学品的原材料。本文以工业生产菌凝结芽孢杆菌（Bacilluscoagulans）为研究对象，针对工业发酵生产乳酸过程中发酵液残糖浓度高的突出问题，从工业乳酸发酵液残糖成分的分析入手，通过发酵代谢调控和菌种改造技术改善了乳酸发酵过程中的残糖代谢，达到降低残糖浓度和提高乳酸转化率的目的。　　本文首先建立了适用于工业高盐高乳酸浓度发酵液糖组分的离子色谱-脉冲安培检测器(HPAEC-PAD)测定方法。将含约120 g/L乳酸钙的工业乳酸发酵液依次通过草酸钠萃取、乙醇萃取和离子交换柱萃取等技术，发酵液中钙离子、蛋白质、氨基酸和有机酸的去除效率分别达到100、98.7、98.0和99.4％，可以满足HPAEC-PAD检测的需求。在优化的色谱分离条件下，采用Dionex Carbopac PA200分离柱，只需一次进样便可将4种单糖、8种二糖和5种低聚糖完全分离开来，该分离方法具有良好的线性（R2＞0.99）、较低的检测限(0.35-44.61μg/L)和定量限(1.16-148.69μg/L)、较高的精密度(RSDs＜5.47％)和回收率(86.95％≤DP1-3≤100.58％;61.41％≤DP4-7≤81.87％)。应用该检测方法对于工业规模乳酸发酵液进行检测发现，发酵液中菌体难利用的糖主要为异麦芽糖(48.0-60.4％)、蔗糖(17.5-29.7％)和海藻糖(3.1-7.5％)。　　其次，研究了B.coagulans HL5利用玉米粉水解物发酵生产L-乳酸的基本生理特性，并重点考察了不同发酵参数对残糖代谢的影响，确定了合适的残糖降解工艺。(1)乳酸发酵过程可分为产L-乳酸期（阶段Ⅰ）和残糖降解期（阶段Ⅱ），发酵液中菌体难以利用的残糖来源于玉米粉水解过程，主要包括异麦芽糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖和海藻糖，约占残总糖的90.9％;(2)降解残糖的最适工艺为:培养基碳氮摩尔比为43.21，控制发酵温度50℃，OUR(Oxygen uptake rate)0.2 mmol/L/h，阶段ⅠpH值6.0、阶段Ⅱ pH值6.5，并在阶段Ⅱ开始时补加125 U/mL糖化酶和1.25 U/mL蔗糖酶。在此工艺条件下，放罐时的残总糖降到了1.37 g/L，比优化前的5.02 g/L降低了72.7％，而且残糖代谢转化为乳酸和乙醇比例相对较高，更利于乳酸转化率的提高和后续乳酸的分离和回收;(3)酶学分析表明，凝结芽孢杆菌细胞内存在异麦芽糖酶和麦芽糖磷酸化酶，二者分别特异性地作用于异麦芽糖和麦芽糖，其中异麦芽糖酶是影响残糖降解的关键酶;(4)培养基不灭菌的乳酸开放式发酵降糖工艺的提出:玉米粉水解物不灭菌结合阶段Ⅱ pH6.5和阶段Ⅱ开始时补加蔗糖酶的组合工艺策略使发酵放罐时的残总糖降到了1.45 g/L，达到了与培养基灭菌同时补加补糖化酶和蔗糖酶批次相同的降糖效果，这大大降低了操作成本和原料成本，为工业化应用提供了坚实的基础。　　本文还构建了产L-乳酸菌株的高通量筛选平台，包括微培养体系和L-乳酸高通量检测体系，用于性能优良菌株的筛选。(1)建立了基于24孔U底孔板为培养载体、工作体积为3.0 mL的乳酸菌培养体系，可以替代传统摇瓶进行乳酸菌高通量培养;(2)建立了基于pH指示剂变色的乳酸高通量定性测定方法，在孔板培养基中添加60 mg/L溴甲酚绿，可以通过比色法半定量分析发酵液中的乳酸含量;(3)建立了基于L-酸氧化酶催化反应和Trinder显色反应的L-乳酸高通量定量测定方法（即L-乳酸氧化酶法），该方法具有较宽的线性检测范围（0.1-0.8g/LL-乳酸）、较高的回收率(98.67-102.13％)和较高的精密度(RSD＜3.29％)，而且具有试剂用量少、耗时短等特点。在此基础上，利用原生质体融合和抗葡萄糖分解代谢物阻遏菌株筛选等2种途径进行了高效降残糖乳酸发酵菌株选育。　　针对B.coagulans乳酸发酵液残糖中含量最高成分为异麦芽糖，通过原生质体融合法将产L-乳酸菌株B.coagulans HL5-C和高效利用异麦芽糖菌株热葡糖苷地芽孢杆菌（Geobacillus thermoglucosidasius）KP1006的原生质进行PEG融合，一共得到了12种不同类型的融合子。利用上述建立的产L-乳酸菌株高通筛选体系，通过孔板低聚异麦芽糖初筛、葡萄糖复筛和摇瓶验证，获得一株能够高效利用低聚异麦芽糖生产L-乳酸且遗传稳定的融合株BH1。5L罐发酵实验表明，融合株BH1的产乳酸速率和糖酸转化率分别为2.60 g/L/h和89.2％，低于原始菌株HL5-C，但是融合株BH1在阶段Ⅱ消耗残糖的能力提高了40.1％，放罐残总糖降到了3.13 g/L，比原始菌株HL5-C低了18.9％。将融合株BH1在原HL5优化降糖工艺下培养，放罐残总糖可以降到1.25 g/L，降残糖能力比同等条件下凝结芽孢杆菌HL5提高了17.4％。　　最后，针对乳酸发酵过程中存在的葡萄糖效应，利用本文建立的产L-乳酸菌株高通量培养体系和三步筛选程序（包括溴甲酚绿比色法、溴甲酚绿变色圈法和L-乳酸氧化酶法），采用ARTP物理诱变方法，结合抗阻遏筛选模型，通过孔板低聚异麦芽糖初筛、葡萄糖复筛和摇瓶验证，获得一株解除葡萄糖效应且能够稳定、高效利用低聚异麦芽糖生产L-乳酸的突变株5-E1。5L罐发酵实验表明，突变株5-E1的产酸速率(2.19 g/L/h)低于原始菌株HL5-C，但是乳酸转化率(93.0％)略高于HL5-C;而且突变株5-E1解除了葡萄糖分解代谢物抑制，阶段Ⅰ消耗了1.12 g/L异麦芽糖、0.49 g/L麦芽糖和0.39g/L蔗糖，同时阶段Ⅱ的残糖消耗能力也比HL5-C提高了27.7％，放罐时残糖浓度为2.07 g/L，比相同条件下HL5-C的残糖浓度低46.4％。将突变株5-E1在接种时补加水解酶工艺下培养，残总糖可以降到1.12 g/L，比同等条件下凝结芽孢杆菌HL5低了24.3％。