中文摘要：

本申请项目以餐厨垃圾制乳酸的高效化、工艺简单化为目标，深入探讨不同的温度、pH以及特殊功能乳酸菌（如耐油、耐盐、耐酸、嗜热菌）对餐厨垃圾不灭菌的开放式乳酸发酵的影响，利用聚合酶链式反应（PCR）-变性梯度凝胶电泳（DGGE）法分析其发酵过程中的微生物种群动态变化规律，阐明主要微生物种群间相互竞争、协同关系；研究目标产物乳酸的自身反馈抑制作用、盐分、油分以及副产物（乙酸，乙醇等）对乳酸发酵的抑制程度及抑制类型；利用同位素示踪分析法和代谢途径的关键酶活性测定，分析糖代谢各个途径流量分布，并通过调控发酵参数及添加相应的代谢调节物将乳酸合成途径最优化。由此掌握餐厨垃圾开放式乳酸发酵的本质，指导高效菌种的选育、接种及发酵工艺的优化，并丰富乳酸发酵理论，建立生物调控与物理、化学调控相结合的最优模式，最大程度地提高乳酸产量，降低乳酸生产成本，为最终构建良好的废物－资源循环利用体系提供科学依据。

结论摘要：

本研究以排放量大、含水率高、成分复杂的易腐有机废物-餐厨垃圾为研究对象，以乳酸制备高效化、工艺简单化为目标，深入探讨了各种因素对餐厨垃圾不灭菌的开放式乳酸发酵的影响，并利用分子生物学手段（PCR-DGGE）分析其发酵过程中微生物种群动态变化规律，采用13C同位素示踪分析法研究乳酸菌代谢途径，进而调控发酵参数并优化乳酸合成途径，为最终构建良好的废物-资源循环利用提供科学依据。研究已取得如下创新性成果（1）筛选获得了1株耐酸的干酪乳杆菌和1株嗜热乳酸菌，其L-乳酸产量高，使餐厨垃圾发酵过程中总有机碳向乳酸的转化率达到40％左右。采用Plackett-Burman和中心复合设计对乳酸发酵工艺进行了优化，得到了乳酸产量与各因素之间关系的非线性方程，并确定了方程的极值条件和动力学模型。在极值条件下发酵餐厨垃圾，可得到的46.72g/L的乳酸，乳酸转化率为0.56g/g（干物质）；不溶性固形物减少48.1%。（2）构建了简单、高效的餐厨垃圾开放式乳酸发酵模式。通过餐厨垃圾开放式发酵（不灭菌而接种、或既不灭菌也不接种）和非开放式发酵（灭菌后接种）产乳酸过程中微生物群落变化的分析，阐明了土著菌群与接种菌群之间的协同机理。开放式发酵体系中不仅含有假单胞菌属（Pseudomonas sp.）等，还含有如Lactobacillus sp等土著乳酸菌属。土著水解菌分解出的胞外酶可将餐厨垃圾中的蛋白质、脂肪、淀粉等大分子物质逐级水解为乳酸菌可以直接利用的单糖等小分子物质，从而促进了乳酸的产生，使两种开放式发酵过程的微生物多样性和乳酸产量均高于非开放式发酵体系。（3）采用13C同位素示踪法研究了合成培养基和餐厨垃圾糖化液培养基中嗜淀粉乳酸菌的糖代谢通量分布，并建立了相应的代谢网络，证明了嗜淀粉乳酸菌在合成培养基乳酸发酵过程中的代谢途径为同型发酵途径。（4）通过添加微量元素等调控关键酶活和辅酶的变化，达到优化乳酸菌糖代谢途径的目的。如添加铁离子提高了NADPH及NADH辅酶的含量，使糖代谢流流向糖酵解途径（EMP）的比例增加；在后续的丙酮酸代谢过程中，铁离子也提高了乳酸脱氢酶的活性，抑制了乙醇脱氢酶，丙酮酸脱氢酶，丙酮酸羧化酶的活性，从而比对照体系增加了8.34%的乳酸产生量，降低了其他有机酸副产物的产生量。