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1. 研究目的与意义

本实验以亚硫酸蔗渣浆为原料，研究高底浓同步糖化发酵实验及发酵罐分批补料同步糖化发酵的工艺放大。

实验通过同步糖化发酵缓解木质纤维素利用过程中的底物抑制等问题，通过分批补料的方法解决高底浓同步糖化发酵液化困难、乳酸产量低等问题，以实现有效提高乳酸产量的目的。

2. 国内外研究现状分析

进入新世纪以来，能源资源环境等问题日益凸显，人类安全面临着严峻挑战。地球上广泛易得的生物质能源受到了广泛的关注。乳酸及其衍生物作为重要的有机化工原料。乳酸作为聚乳酸一种可生物降解材料的单体已引起了世界的广泛关注，应用前景非常广阔，具有较好的社会效益和经济效益。利用木质纤维素为原料生产乳酸对聚乳酸产业的良好发展具有一定的推动作用，对解决环境污染、食品短缺、能源危机和人类社会的可持续发展具有重大的现实意义。

3.文献综述

3.1乳酸的性质与应用

乳酸（lactic acid）分子式为ch₃chohcooh，化学名为2-羟基丙酸，是一种天然有机酸。乳酸一般是无色或淡黄色怡糖状粘稠体，吸水性极强。能与水、乙醇、乙醚自由混合，但不能与氯仿、二硫化碳相混溶。乳酸的相对密度 (25 ℃时) 约1.206，熔点为16.8 ℃，沸点为122 ℃(1995 pa)。高浓度的乳酸不稳定，易脱水和缩合，具有弱酸性和弱腐蚀性，无毒。乳酸分子中含有一个手性碳原子，因此具有旋光性，分为d-型、l-型、dl-型。

乳酸是全球公认的三大有机酸之一，其用途极为广泛。乳酸及其衍生物可用于食品、酿造、医药、皮革、卷烟、饲料、化工和印染等行业。乳酸的最普遍应用是被用作酸味剂。根据统计，目前全球作为酸味剂使用的乳酸占2/3，将l-乳酸用作食品添加剂，不仅能改善食品风味和调节，还能抑制杂菌生长、调节黏度、护色，能充当螯合剂而增强氧化剂的作用，因而可以增加产品保质期^[1]。将乳酸添加入烟草中，能使烟草产生苦辣味的杂质成分也得以清除。在医药业中，由于l-乳酸有很强的杀菌作用，被用作消毒剂；l-乳酸钙、l-乳酸铁、l-乳酸钠是补充金属元素的良好药品。l-乳酸经过聚合可生成直链或环状的聚l-乳酸具有生物相容性，在体内能被分解成l-乳酸而被人体代谢，不引起变态反应。因此可用于制造缓释胶囊制剂 (使血液中药物浓度相对降低，在治疗癌症方面已取得可喜进展)、生物降解纤维 (制成手术缝合线)、生物植片 (修复骨折或其它机体损伤) 等医药领域^[2]。乳酸应用中最具前景的是l-乳酸聚合形成的生物可降解塑料聚乳酸 (pla)。聚乳酸作为无毒的生物降解塑料，被微生物分解的最终产物是co₂和h₂o，因此聚乳酸消除了目前普遍使用的pp、pvc塑料造成的白色污染，有效地解决了白色污染带来的严重后果，对于保护环境意义重大，因此正引起人们的广泛关注^[2]。在工业生产中，利用浓度为40%的乳酸可以除去皮革鞣皮中的石灰，即俗称的脱灰，且采用其他酸脱灰效果均不如乳酸。目前档次较高的皮革制品的脱灰过程通常选择乳酸。乳酸可作羊毛的铬媒染剂。通过使用乳酸，可以使天然丝与人造丝的色泽更加鲜艳，顺利完成织物的增亮过程^[3]。

3. 研究的基本内容与计划

主要内容如下： 1.摇瓶分批补料同步糖化发酵工艺的建立。

2.摇瓶分批补料同步糖化发酵实验补料浓度的优化。

3.发酵罐分批补料同步糖化发酵工艺放大。

4. 研究创新点

凝结芽孢杆菌同步糖化发酵产乳酸具有可以缩短发酵周期的特点，又因为发酵过程中不需要灭菌所以大幅度降低了能耗，同步糖化与分批补料的结合可以有效解决高底浓发酵时的底物抑制和液化困难问题。

同时利用造纸废弃物亚硫酸蔗渣浆作为原料大大降低了生产成本，提高经济效益，有利于规模生产。