乳酸作为一种重要的化学物质,在食品、化妆品、制药、化工、农业等领域有着广泛的应用,尤其是在合成生物可降解塑料聚乳酸方面,具有广阔的发展空间。然而,乳酸的高生产成本严重影响了其应用,这主要是由于常用碳源、氮源成本较高所致。因此,寻找乳酸生产的替代性廉价原料已经成为一种迫切的需求。木质纤维素废弃物是一种丰富、可再生的生物质资源,在工业生产中被认为极具吸引力的替代性原料。本文围绕利用木质纤维素高温生产乳酸这一主线展开研究,以期建立一种利用木质纤维素经济高效生产乳酸的生产工艺。主要研究如下:(1)以微晶纤维素为模式底物,对凝结芽孢杆菌同步糖化发酵生产L-乳酸进行系统性优化,包括不同品牌的纤维素酶、凝结芽孢杆菌发酵菌株、廉价碳氮源组合、底物浓度和酶用量等,进而得到最优发酵条件。(2)以廉价木质纤维素原料玉米芯残渣为底物,对凝结芽孢杆菌H-1同步糖化发酵生产L-乳酸进行优化,并进行分批和补料分批同步糖化发酵。在分批发酵中,凝结芽孢杆菌H-1菌株发酵36 h后L-乳酸产量达68.0 g/L,得率为0.85 g/g纤维素,表现出较快的生产效率和较高的得率,表明凝结芽孢杆菌H-1可以作为利用木质纤维素废弃物玉米芯残渣生产L-乳酸的优势菌株,玉米芯残渣在乳酸生产过程中可作为一种经济有效的底物。(3)以地衣芽孢杆菌BN11为宿主菌株,通过基因工程手段异源表达内切葡聚糖酶基因,使重组菌株可以利用无定形纤维素一步法生产D-乳酸,选择了四种不同来源的嗜热中性内切葡聚糖酶进行表达检测,并进行了启动子和信号肽优化。