[發明專利]一種生產L-乳酸的方法及其專用芽孢桿菌屬菌株

有效

• 申請號: 201210004678.8
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN103194402A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 馬延和;孟瑩;薛燕芬;于波
• 申請（專利權）人: 中國科學院微生物研究所
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/56;C12R1/07
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及生物技術領域，尤其涉及一種生產L-乳酸的方法及其專用芽孢桿菌屬菌株。

背景技術

乳酸(Lactic?acid)又名二羥基丙酸，是世界三大有機酸之一。作為一種傳統的多用途精細化學品，乳酸可作為酸味劑、芳香劑、防腐劑、植物生長調節劑、生物可降解性材料、藥物和農藥等，應用于食品、制藥、釀造、制革、紡織、環保和農業中。乳酸是一種手性分子，可分為L-乳酸、D-乳酸和DL-乳酸。L-乳酸是生產聚L-乳酸的原料。利用L-乳酸聚合產生的聚L-乳酸，以其良好的生物可降解性和優良的使用特性，被公認為是取代傳統塑料的理想的生物可降解塑料之一。L-乳酸的光學純度對于聚L-乳酸的合成至關重要，聚DL-乳酸是以一種無定形態存在而不能得到工業應用。

微生物發酵法生產乳酸，生產成本低，產品安全性高，而且能專一性的得到光學純乳酸，是大規模生產乳酸的主要方法。目前主要應用的發酵菌株為乳酸細菌以及一些真菌。乳酸發酵過程中，由于不斷生產產物而使發酵液的酸度逐漸上升，導致菌體生長和產酸都受到嚴重的抑制，為此要加入碳酸鈣等中和劑進行中和。在乳酸的提取和純化過程中，要加入硫酸對乳酸鈣進行酸化，從而生成乳酸和不溶性的硫酸鈣。目前，每生產一頓乳酸就會產生一頓的乳酸鈣廢棄物。碳酸鈣作為中和劑的發酵工藝增加了分離提取的困難，而且影響產品質量，并且造成嚴重的環境問題和經濟浪費。

在離子交換技術與膜技術基礎上發展起來的電滲析法是一種乳酸提取純化新工藝。該工藝降低了勞動強度，更重要的是避免了碳酸鈣的生成，減少了環境污染。在下游的乳酸提取純化過程中，商業化的雙極性電滲析膜可以使水電離出的H⁺和OH^-分別與乳酸根和金屬陽離子結合，生成乳酸和堿，堿可被重復利用。但是，這種雙極性的膜對二價離子如Ca²⁺和Mg²⁺不耐受，因為二價離子會形成不可溶的堿從而破壞電滲析膜結構。為了利用這種環保節能的新技術，乳酸發酵過程中需要用一價離子的堿性物質作為中和劑，而NaOH就是這樣一種理想的中和劑。事實上，電滲析技術研究過程中，都是以NaOH與乳酸中和的產物乳酸鈉作為研究對象的。但是鑒于Na⁺對菌株的毒性，目前國內外利用NaOH作為中和劑進行的L-乳酸發酵都未能達到理想的效果。

嗜堿微生物是一類最適pH在9.0以上的微生物類群。嗜堿菌除了能適應堿性環境外，對鹽環境尤其是一價鹽離子環境具有很好的耐受性。這樣的生理性質可以降低乳酸發酵過程中的污染機率。更重要的是，對于嗜堿乳酸菌來說，NaOH可以代替CaCO₃作為中和劑來維持發酵過程中的pH，從而避免產生不溶性鈣鹽。鑒于在乳酸發酵方面的這些優勢，嗜堿菌被認為是乳酸發酵方面的優秀潛力菌株。

目前，中國專利中沒有涉及以嗜堿菌作為L-乳酸發酵菌株的報道。國外只有一篇利用嗜堿菌發酵生產乳酸的報道(Calabia?et?al.，Biotechnol.Lett.，2011，33：1429-1433)，但是該報道中，L-乳酸產量、轉化率和光學純度分別只有65.8克/升，83％和98.8％，達不到工業化要求。申請號為200510119041.3的中國專利公開了一種采用中性菌干酪乳桿菌改組菌株(Lactobacillus?casei?subsp.rhamnosus)-Lc-F34發酵生產L-乳酸的方法，該菌株以葡萄糖和酵母抽提物為發酵基質，搖瓶補料分批發酵生產乳酸，產生177.6克/升的乳酸；以玉米漿和葡萄糖為發酵基質，30升發酵罐分批補料發酵生產乳酸，產生154.6克/升的L-乳酸。

L-乳酸的生產成本是制約L-乳酸應用的關鍵因素之一。因此，尋找能夠低成本生產L-乳酸的技術成為研究的熱點。

發明內容

本發明的一個目的是提供芽孢桿菌屬菌株(Bacillus?sp.)WL-S20。

本發明提供的芽孢桿菌屬菌株(Bacillus?sp.)WL-S20，其保藏號為CGMCC?NO.5634。

上述的芽孢桿菌屬菌株(Bacillus?sp.)WL-S20?CGMCC?NO.5634在制備L-乳酸中的應用也是本發明保護的范圍。

本發明的另一個目的是提供一種生產L-乳酸的方法。

本發明提供的方法，是發酵芽孢桿菌屬菌株(Bacillus?sp.)WL-S20?CGMCC?NO.5634，收集發酵產物，即得到L-乳酸。