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D-乳酸及其衍生物是合成多种手性物质的前体,广泛应用在医药、农药和化工等领域。采用微生物发酵法以价格低廉且来源广泛的可再生资源为原料高产高光学纯度的D-乳酸,是实现D-乳酸规模化生产的一条有效途径。但存在的问题是很少微生物能利用这些原料中的木糖,为解决这一问题本研究拟利用基因工程技术构建一株优良的D-乳酸生产菌种。首先,以较好利用木糖的E.coli WL204(Δfrd BCΔldh A::ldh LΔack AΔfoc A-pfl BΔadh EΔpdh R::pfl Bp6-pfl Brbs-ace EF-lpd)为出发菌株,采用RED基因置换技术将ldh L基因置换为ldh A基因,获得一株能利用木糖产D-乳酸的大肠杆菌工程菌株E.coli LHY010。对LHY010进一步厌氧生长驯化筛选,得到一株厌氧条件生长良好的菌株,该菌株被命名为LHY02。其次,在单因素实验的基础上,通过响应面法进一步对重组菌株LHY02产D-乳酸的发酵条件进行优化,得到最优发酵条件:接种量2%、中和剂Ca CO3浓度为64 g/L,摇床转速为190 r/min,Mg2+浓度为0.08 g/L,37℃,摇瓶发酵72 h,得到D-乳酸产量为38.18±1.85 g/L,与单因素实验的最佳条件相比,优化后D-乳酸产量提高了9.93%。再次,在发酵罐中进一步研究工程菌LHY02利用木糖和混合糖发酵的情况。结果发现,工程菌LHY02利用5%和10%葡萄糖发酵,分别用22个小时和28个小时就发酵完毕,基本检测不到残糖,仅有少量的乙酸生成,D-乳酸产量分别为48.18 g/L和85.6 g/L,发酵强度分别为2.19 g/L/h和3.06 g/L/h;利用10%木糖发酵,D-乳酸产量达到84.4 g/L,发酵强度为0.93 g/L/h;工程菌在混合糖(5%木糖加5%的葡萄糖)发酵时,葡萄糖基本耗尽后才开始利用木糖发酵,最终D-乳酸产量为66.12 g/L,糖酸转化率为80.51%,生产强度为0.19 g/L/h,产物光学纯度达到99.8%。最后,在工程菌利用木糖发酵的数据基础上,应用1stopt软件对工程菌利用木糖发酵动力学模型进行最优参数估计和非线性拟合,对实验数据与模型预测值比较发现,模型误差?10%。通过动力学参数发现D-乳酸发酵为生长关联型。可为实验数据的模拟放大及其发酵工艺的优化提供了理论基础。