温度和发酵时间对厨余垃圾发酵产乳酸及其光学异构体的影响
摘要：通过间歇实验,探讨了温度和发酵时间对非灭菌的厨余垃圾发酵产乳酸及其光学异构体的影响. 结果表明,控制温度在35 ℃时,发酵液中乳酸浓度远高于45 ℃和55 ℃,发酵120 h后,总乳酸的产率和产量最大,分别达到0. 59g L -1 d-1和0. 62 g g(VS) -1 ,以有机碳表示的乳酸占发酵液中总有机碳的78%;控制发酵时间小于120 h, L 乳酸在35℃、45 ℃和55 ℃三个温度条件下都是主要的异构体形式; 35 ℃和55 ℃时,发酵72 h后,随着发酵时间的延长, L 乳酸浓度在总乳酸中的比例呈下降趋势; 45 ℃时, L 2乳酸浓度随着发酵时间的延长逐渐增加, L 2乳酸在总乳酸中的比例在发酵144 h后达到97%。
关键词：厨余垃圾; 乳酸; 异构体; 光学异构体; 温度; 发酵时间
乳酸是一种重要的有机酸,具有两种同分异构体,包括L2乳酸和D2乳酸,人体只能代谢L 2乳酸,因此, L 2乳酸及其盐类应用广泛[ 1 ] . 乳酸的光学异构体纯度决定着聚乳酸的结构和性能[ 2 ]。 化学合成法只能生成乳酸消旋体,而微生物发酵法则可以通过调控接种菌种、基质和生长条件得到L 2乳酸、D2乳酸或DL 2乳酸.。由于分离纯化在L 2乳酸生产成本中占很大比例,因此,发酵产物中乳酸的光学异构体纯度及其它副产物组成对于L 2乳酸的生产成本有重要影响[ 3 ]。
目前,利用富含碳水化合物的有机废弃物(如麦麸、污泥和厨余等)发酵产乳酸已有了广泛研究[ 4～8 ] ,其焦点之一是提高乳酸的光学异构体纯度,通常的方法是在灭菌条件下投入纯
培养菌种[ 1, 6 ]. 但利用纯菌种发酵产乳酸需要对废物灭菌,从而必然消耗大量能量;另一方面,单一菌种发酵的微生态条件不利,难以充分利用废物中不同结构的碳水化合物。 如何在非灭菌条件下提高有机废物发酵产乳酸的光学异构体纯度正越来越引起研究者的关注。Tanaka等利用接种微生物与土著微生物产乳酸的最适pH不同,通过控制pH抑制土著微生物的生长,从而提高了脱脂麦麸的D2乳酸纯度[ 9 ].。Payot等则将高温条件和接种凝结芽胞杆菌结合,提高了有机废物发酵产乳酸的光学纯度[ 10 ] 。
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