凝结芽孢杆菌LA204利用餐厨垃圾营养成分发酵乳酸的研究

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目前乳酸在各个行业的应用范围很广,主要应用于食品、环保、医药、饲料、日用品、化工等领域。生产乳酸的原料有好几种,餐厨垃圾作为潜在的可再生原料,其中含有丰富的碳水化合物和蛋白质,完全可以作为乳酸生产的原料。餐厨垃圾的传统的处理方式不仅对环境造成了污染,而且还浪费了大量的生物质资源。本课题利用实验室保藏的一株能够高效发酵底物产乳酸的凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans LA204),该菌株具有耐高温的特性,利用该菌株发酵餐厨垃圾营养物质生产乳酸,实现餐厨垃圾资源的合理利用。实验结果如下:1.对LA204进行了耐盐性以及产酸能力进行了分析。先控制盐浓度在0.0%-2.0%之间,确定LA204盐浓度的耐受范围;再控制盐浓度在0.0%-0.5%,检测LA204生长和产酸情况。结果表明,当盐浓度高于0.5%时,LA204的生长以及产酸的能力明显下降,对葡萄糖的利用效率明显降低,说明LA204对盐的耐受性并不好,当盐浓度控制在0.5%以内,LA204的生长状况和产乳酸量基本相同,乳酸浓度为10.5 g/L左右。因此,利用LA204进行乳酸发酵,培养基中盐浓度要控制在0.5%以内。2.研究了LA204对餐厨垃圾的主要营养成分(淀粉、蛋白质和脂质)的利用情况。脂质对LA204生长有一定的抑制性,1%脂质在脂肪酶的作用下,LA204可以有效用于生长菌体,但是没有产酸的能力;优化的小麦淀粉和蛋白质的比例为4:1,80 g/L淀粉和20 g/L蛋白质在α-淀粉酶、糖化酶和蛋白酶的作用下可产生57.84 g/L的葡萄糖和4.55 g/L的麦芽糖和大量的氨基酸,LA204可以利用碳氮源进行乳酸发酵,残留的葡萄糖浓度为30.44 g/L和少量的麦芽糖,乳酸的浓度为20.72 g/L,乳酸转化率为0.26 g/g,产乳酸的速率为0.20 g/L/h,利用摇瓶发酵有大量的糖类残留且乳酸浓度和乳酸转化率都很低。3.在5-L厌氧发酵罐进行低浓度餐厨垃圾模拟液乳酸发酵。以80 g/L经过糊化处理的小麦淀粉和20 g/L蛋白质为底物,添加α-淀粉酶、糖化酶和蛋白酶进行发酵,乳酸的浓度为58.26 g/L,乳酸转化率为0.73 g/g,产乳酸的速率为2.42 g/L/h,结果表明LA204在酶的作用下可以高效利用淀粉和蛋白质进行乳酸发酵。4.以餐厨垃圾营养物质进行同步糖化分批补料乳酸发酵。以80 g/L经过糊化处理的小麦淀粉和20 g/L蛋白质为底物,在发酵中期一组补料未处理的小麦淀粉,另一种补料经过糊化烘干的小麦淀粉,分别补料两次,最终底物浓度为160 g/L。补料未处理的小麦淀粉实验组,乳酸的浓度为65.67 g/L,乳酸转化率为0.41 g/g,产乳酸的速率为0.91 g/L/h;补料经过糊化烘干的小麦淀粉,乳酸的浓度为92.31 g/L,乳酸转化率为0.57 g/g,产乳酸的速率为0.96 g/L/h,结果表明将餐厨垃圾营养物质利用糊化液化烘干处理,乳酸浓度和乳酸转化率有很大提高,利用同步糖化分批补料发酵工艺可以很大的提高乳酸浓度。
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