[發明專利]一株高產L-乳酸的鼠李糖乳桿菌菌株及發酵木薯、甘蔗糖蜜產乳酸的方法

有效

• 申請號: 201110039042.2
• 申請日: 2011-02-16
• 公開（公告）號: CN102304480A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 孫靚;黃日波;唐檢秀;陳東;孫菲菲;黃艷燕
• 申請（專利權）人: 廣西科學院
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/56;C12R1/225
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技術領域

本發明屬于生物化工領域，具體為利用微生物發酵生產L-乳酸領域，涉及到1株高產L-乳酸的鼠李糖乳桿菌菌株及利用該菌株發酵木薯淀粉和甘蔗糖蜜生產L-乳酸的工藝方法。?

背景技術

乳酸最早由瑞典化學家席勒(Scheele)在酸乳中發現，學名α-羥基丙酸，為世界上公認的三大有機酸之一，已成為一種重要的食品化工原料，目前已被廣泛應用于食品、醫藥、飼料、農藥、日用化工、皮革和紡織等行業。結構上，乳酸的分子含有一個不對稱碳原子，因此具有D-型和L-型兩種構型。同時乳酸還具有旋光性，其中L-乳酸為右旋性，D-乳酸為左旋性，DL-乳酸為消旋性。由于人和許多哺乳動物只能代謝L-乳酸，攝入過量的D-乳酸會引起代謝紊亂甚至中毒，因此，L-乳酸被專門用于食品、醫藥、獸藥和飼料工業，作為生產原料或產品添加劑，更引起人們的重視。近年來，隨著環境的惡化及石油等化石資源的日益枯竭，國內外以L-乳酸為原料，開發可生物降解的新型環保材料聚乳酸(PLA)，對L-乳酸需求量急劇增長?？梢姡琇-乳酸對工農業生產和人民生活均具有重要意義。?

至今，乳酸的工業生產主要有化學合成法、酶轉化法和微生物發酵法?；瘜W合成法主要有乙醛氫氰酸法和丙酸法二種工藝，前者以乙醛和氫氰酸為原料，后者以丙酸為原料，均存在工藝復雜，工藝條件較為劇烈，生產成本較高，產品殘留有毒原料，只能得到外消旋的乳酸產品等不足，產品的利用受到了極大的限制，目前只有少數廠家使用。?

酶轉化法目前主要有2-氯丙酸酶法和丙酮酸酶法，前者由日本發明，利用來自惡臭假單孢菌和假單孢菌的L-2-鹵代酸脫鹵酶和DL-2-鹵代酸脫鹵酶，作用底物DL-2-氯丙酸，合成L-乳酸或D-乳酸。后者由美國Hummel等人發明，利用D-乳酸脫氫酶作用無旋光性的丙酮酸底物，得到D-乳酸。酶轉化法雖然可以獲得光學純的乳酸產品，但工藝比較復雜，對生產原料的要求較高，尚未能用于工業化生產，有待于進一步研究。?

微生物發酵法不僅可以獲得光學純的乳酸產品，而且原料來源廣泛，產品中各種有害、有毒殘留物較少，生產成本較低，工藝條件溫和，是目前國內外乳酸工業生產的主要方法，也是L-乳酸產業今后發展的主要工藝。?

L-乳酸的發酵生產目前主要利用二大類微生物作為生產菌株，一是霉菌，主要是根霉?(Rhizopus?royzae)，另一為細菌。利用根霉發酵生產乳酸的優點主要是對原料處理的要求較低，可利用淀粉直接發酵，無需進行糖化等預處理，可以利用菌株的特性實現酸性發酵，利用低pH條件防止發酵過程的雜菌污染，免去對培養基的滅菌處理，降低發酵能耗和成本，發酵后對發酵液的分離凈化也比較容易，而且可獲得高光學純度的L-乳酸產品。不過，霉菌發酵生產L-乳酸也存在許多不足：1、發酵副產物較多，產品轉化率較低。霉菌的L-乳酸發酵屬異型發酵，在產出L-乳酸的同時伴有富馬酸、琥珀酸、甘油和乙醇等大量副產物產生，導致發酵的產品轉化率和產酸率均偏低，目前工業生產的轉化率只有80～90％；2、發酵醪液的L-乳酸含量(即乳酸產率)較低。目前生產上利用霉菌發酵生產乳酸的產酸率通常只有10％(W/V)左右；3、后續的產品純化工藝復雜，成本較高。由于發酵醪液的L-乳酸含量較低，同時還含有各種有機酸副產物，導致產品的分離、純化較為困難，難以獲得高純度的產品，而且成本較高。目前，工業生產的L-乳酸產品純度通常只有96％，更高純度的產品價格相當高。4、由于霉菌為絲狀真菌，菌絲發達，在發酵過程中容易形成大體積菌絲團，一方面引起發酵過程的傳質困難，導致造成產酸速率較低、生產不穩定，另一方面也使發酵完成后的物料輸送容易出現管道堵塞等現象。針對利用霉菌發酵生產L-乳酸所存在的這些問題，近年來國內外開展了利用細菌發酵生產乳酸的研究。?

用于L-乳酸發酵生產的細菌主要有乳桿菌屬(Lactobacillus)、鏈球菌屬(Streptoccoccus)、芽胞桿菌屬(Bacillus)以及最近報道的腸球菌屬(Enterococcus)。與霉菌的乳酸發酵不同，細菌的乳酸發酵屬于同型發酵，副產物較少，產品轉化率較高。其中，以乳桿菌屬的鼠李糖乳桿菌(Lb.rhamnosus)發酵生產L-乳酸在轉化率、產品光學純度等方面更具有優勢而受到重視。不過，利用該菌發酵生產L-乳酸的產酸率目前最高只有14％左右，轉化率只有90％，尚有提高的必要。原材料利用方面，至今L-乳酸的發酵生產主要以小麥和玉米為原料。?