利用木糖生产乳酸菌株的诱变和筛选开题报告

1. 研究目的与意义

乳酸是世界上公认的三大有机酸之一。作为一种重要的有机酸，它广泛应用于食品、医药、日用品、化工等领域，尤其是L-乳酸聚合物在生产可降解聚合物的研究已成为全球关注热点随着L-乳酸应用范围的不断扩大，开发光学纯度高、产量高、转化率高和适于发酵生产工艺要求的优良菌株，降低其生产成本受到目前乳酸生产企业高度关注，L-乳酸生产菌种的选育成为重要研究课题。

传统乳酸发酵是以糖料、淀粉等粮食作物为原料, 不仅消耗粮食资源, 而且使乳酸成本居高不下, 从而限制了乳酸的应用, 尤其是限制了聚乳酸在环保领域的应用。而木质纤维素是世界上来源最广泛的可再生物质资源，其中木糖的发酵转化与利用是纤维素产业发展的关键。因此，寻找发酵木糖的优良野生菌株、构建高效发酵木糖的基因工程菌成为研究热点。故通过诱变技术筛选出性能更加优良的乳酸菌，提高乳酸生产性能，增强菌株在发酵过程中对抑制剂的耐受力，最终降低生产成本，是将植物纤维原料生物转化生产乳酸技术投入商业化生产的迫切需求，也对解决粮食危机和环境污染具有十分重要的意义，其社会及经济效益是显而易见的。

2. 国内外研究现状分析

之前国内外多采用根霉菌中的米根霉进行l-乳酸的发酵。米根霉菌发酵营养要求低,可直接利用淀粉无须糖化处理；耐低ph值,产物为高光学纯度的l-乳酸，菌体大,容易分离,利于制得高品质产品且节省发酵成本。但是，米根霉菌的乳酸产率和转化率低于乳酸细菌，并且产物中含有大量副产物，给乳酸的提取和精制带来很大困难；根霉菌在发酵过程中需要通气搅拌，使得动力消耗增加，生产成本上升。故目前为止，根酶发酵法生产l-乳酸的工艺仍存在着投资成本和生产成本较高以及可操作性较差的缺点。

相比之下，细菌发酵生产l-乳酸具有明显的优势。通过菌种选育和培养物质及培养条件的控制，发酵生产的l-乳酸可以达到高的光学纯度，并且乳杆菌的厌氧发酵或兼性厌氧发酵可以大规模降低能耗，有利于连续发酵，减少乳酸的生产成本。同型发酵的乳杆菌实际转化率大多在90%以上，故其近年来逐渐吸引了更多研究者的关注。但是乳酸菌属于化能异养微生物，营养条件复杂需添加复合氮源，故提高了成本。

总之，两种发酵法各有利弊。目前，国内外研究的热点在于利用基因工程手段定向改造菌株，或对其进行诱变处理，并筛选出高产乳酸的菌株。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容

（1）建立实验必须的分析方法（酶活力的测定，蛋白浓度、葡萄糖、乳酸浓度的测定）；

（2）天然凝结芽孢杆菌诱变的建立；

4. 研究创新点

l-乳酸是食品、医药、印刷、印染、制革工业所需要的重要原料之一，全球年需求量约500万吨，年产值400-500亿元。且21世纪世界各国环保意识越来越强，随着环保要求不断提高，作为安全自然的高沸点溶剂、医药合成原料及生物降解塑料的原料，世界乳酸的需求量亦稳步增长。故如何提高l-乳酸的产量是国内外研究的热点。

本实验从菌种的诱变角度出发，试图通过诱变来筛选获得抗逆性强、产乳酸量高的优势乳酸菌株。又由于紫外、辐射及化学诱变对菌株的损害较大、效率较低，故尝试一种新型的生物诱变技术离子诱变。相比之下，它具有更好的诱变效果。

另一方面，传统的l-乳酸生产主要以葡萄糖和淀粉等为原料，不仅消耗大量的粮食资源，而且使乳酸成本居高不下，大大限制了乳酸的应用，尤其是限制了聚乳酸在环保领域的应用。故本实验采用植物纤维木糖作为原料发酵生产乳酸，筛选出高效发酵木糖的优良野生菌株。若成功选育，不仅可以大大降低乳酸的生产成本，而且可以缓解粮食的紧张局势。