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L-乳酸具有生物相容性因此在各行各业应用广泛,目前乳酸分离流程成本高。我国盛产廉价生物质,廉价生物质可通过微生物发酵生产L-乳酸。本研究使用农林废弃物玉米秸秆经过预处理后为原料,使用凝结芽孢杆菌发酵生产而制得的L-乳酸钙发酵液进行分离。采用膜工艺分别去除发酵液中的菌体、蛋白质、以及盐类,最后浓缩后可以得到纯度大于85%的乳酸,单批次工艺收率71.7%;也采用了发酵-膜分离耦合系统,对膜分离过程中产生的废液进行回用发酵,减少了系统对于外界的污染排放,最终成功进行了 6批次的发酵-分离,工艺总收率达到93.4%。首先研究对发酵液中所含有的菌体和蛋白质进行去除。使用微滤膜可以对发酵液中的菌体达到98.9%的去除率,残存的小部分菌体在超滤中可完全去除。对于蛋白质的去除使用US020超滤膜,在在20 psi的压力下具有高于14批次的使用寿命并且具有9.48 L/(m2h)的平均膜通量和87.78%的平均蛋白质去除率。同时使用了结晶法去除发酵液中的蛋白质,在4℃下使用175 g/L乳酸根含量的发酵液结晶24小时可达到最好的84%收率以及85.6%的蛋白质去除率。随后,进行对发酵液中的色素和盐离子脱除的研究。使用NF245、NF270、DL和DK纳滤膜均实现了对发酵液的有效脱色,脱色率均在94%以上。随后将发酵液酸化至不同pH值后考察四种纳滤膜的性能,发现DK和NF270纳滤膜在发酵液酸化至pH值为2.45时具有最好的综合性能包括膜通量,盐截留率和乳酸透过率。在十批次寿命测试中NF270的除盐效率保持较好,优于DK纳滤膜,优选NF270作为本体系的纳滤膜。经过二次纳滤后可得到无色透明的乳酸溶液。最后对膜分离过程中产生的废液进行回用发酵。对结晶母液和超滤截留液进行了氮源回用,结果显示超滤截留液的氮源回用效果最好。并且研究了对发酵过程中使用的纤维素酶的回收,结果显示使用超滤可截留发酵上清液中的纤维素酶,使用Ca(OH)2洗脱秸秆渣中吸附的纤维素酶,可以达到最适合体系的回收效果。最后进行了批次发酵-分离实验,在6批次中对比于单批次发酵:84%的水在体系中循环;整体乳酸收率从71.7%提升至93.4%;向系统的加水量减少69%;废水排放量减少约83%;酶使用量降低了 31.7%,在放大实验中得到了 90%的乳酸收率。