己酸(caproic acid)是一种含有六个碳原子的中链脂肪酸(Medium Chain Fatty Acid,MCFA)，其是一种具有高附加值的化学工业品和生物燃料合成前体。己酸酯化后能合成己酸乙酯，用作食品及香水的香料;亦可通过化学后加工过程，合成烷烃以及醇类等燃料物质。近年来，己酸因为它的低溶解度（在水中溶解度仅为1％）和较高的能量密度成为废水资源化中的一种有用的产物，己酸合成的研究也成为一个新的研究热点。　　目前，国内外研究的己酸合成工艺均以乙醇作为底物，利用乙醇氧化提供能量和乙酰辅酶A，通过碳链延长途径在乙酸分子上逐级增加两个碳原子，最终合成己酸。本文发现了一种新的合成方法——乳酸氧化耦合碳链延长合成己酸，首次构建起一套利用乳酸合成己酸的工艺，并对该工艺运行的可行性以及稳定性进行了深入研究。　　本文首先对从酿酒窖池中富集驯化所得的产己酸混合菌群的发酵特性进行了研究。分别以葡萄糖、乙酸、乙醇和乳酸（黄水的四种主要组成成分）为底物，探索己酸混合菌群的代谢底物。试验结果显示:产己酸混合菌群不能单独利用葡萄糖、乙酸和乙醇作为底物合成己酸;当以乳酸作为底物时，己酸的含量有明显增加，与此同时乳酸也有明显消耗，表明本实验富集得到的己酸合成菌群主要是利用乳酸进行己酸合成的。　　为探究己酸合成的发酵条件，本实验从pH值、温度及底物（乳酸）浓度等方面分析了这些因素对己酸合成的影响。结果如下:(1)pH梯度试验（pH分别设置为4.0±0.2，5.0±0.2，6.0±0.2，7.0±0.2，8.0±0.2）中，通过有机酸测定结果表明在pH为6.0左右时己酸合成速率是最高的;(2)发酵温度试验（温度分别设置为20℃、30℃、40℃、50℃）中，结果发现温度为30-40℃时，己酸的合成速率最高;(3)底物浓度梯度试验（底物初始浓度分别设置为10g·L-1，20g·L-1，30g·L-1，40g·L-1，50g·L-1）中，结果表明在初始底物浓度为20g·L-1时，己酸的合成速率达到最大，之后随着底物浓度增加，反应速率反而降低，在50g·L-1时，反应及其缓慢，出现明显的底物抑制。在以上试验基础上，通过响应面法试验，得到发酵的最优条件为:pH值为5.88，发酵温度为34.44℃，乳酸浓度为17.83g·L-1。　　在认识混合菌的发酵特性后，采用有效体积为1升的反应器，以碳毡作为固定化载体，构建起一套己酸的生物合成新工艺。通过长时间运行得到稳定的反应条件:水力停留时间(HRT)为10-15天，pH值5.8±0.2，温度32±2℃，初始乳酸浓度为20g·L-1，此时己酸产率平均可达2.5g·L-1·D-1。利用高通量测序分析己酸混合菌群的结构，结果显示:在己酸稳定合成阶段，所属厚壁菌门（Firmicutes）的梭菌第四族（ClostridiumⅣ）占绝对优势，其相对丰度比为76.29％，比发酵前期比例提高1.6倍，其次是乳酸杆菌属（Lactobacillus）和梭菌属（Clostridium sensustricto）其丰度分别为5.45％和3.38％，比发酵前期相比都有下降，因此，ClostridiumⅣ在乳酸合成己酸过程中是主要的优势菌群。　　在合成己酸的过程中，丁酸是主要的中间代谢产物，丁酸的积累会影响到己酸在终产物中的比例。因此，为了提高运行工艺的己酸合成效能，本文深入研究了丁酸合成的主要条件以及菌群结构，为工艺的调控优化提供指导。实验主要从pH值、乳酸浓度和外加乙酸浓度等方面对合成丁酸的影响进行了分析。通过单因素试验以及响应面法得到丁酸合成的最佳工艺条件为:pH值为6.72，乳酸浓度为27.83g·L-1，外加乙酸浓度为2.79g·L-1。此外，利用高通量测序技术(Miseq)对此条件下的混合微生物进行群落结构的分析，发现混合微生物中占优势的菌群是Clostridium sensustricto、Lactobacillus与ClostridiumⅣ，其丰度分别为69.35％，15.41％与10.05％，与上述己酸合成混合菌群相比，ClostridiumⅣ所占的比例显著下降。由此推测，菌群韵变化是中间产物的积累的重要原因。　　以上试验显示，乳酸合成己酸工艺是可行的，通过对工艺的调控是可以实现稳定运行，己酸的合成速率维持在2-3g·L-1·D-1之间，产量稳定在20-25g·L-1之间。本文的研究为己酸的生物合成技术以及在废弃物资源化领域的利用提供理论与技术支撑。