[發明專利]一種利用菊芋水解液生產D-乳酸的方法

有效

• 申請號: 201210122728.2
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102643875A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 馬延和;于波;王麗敏;梁音
• 申請（專利權）人: 中國科學院微生物研究所
• 主分類號: C12P7/56
• 分類號: C12P7/56;C12R1/01
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;任鳳華

技術領域

本發明屬于生物技術領域，涉及一種發酵生產D-乳酸的方法；特別涉及一種菊糖芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus?inulinus)利用菊芋水解液生產D-乳酸的方法。

背景技術

乳酸又稱丙醇酸，分子式C₃H₆O₃(CH₃CHOHCOOH)，分子量90.07884。由于乳酸分子中存在一個不對稱的碳原子，因此具有光學異構現象，從而分為D-型和L-型兩種。其生產方法主要有化學合成法和微生物發酵法，化學法只能合成DL-乳酸，而發酵法根據所采用的菌株的不同，可以合成單一的L-乳酸、D-乳酸或者DL-乳酸。目前，約90％的乳酸是通過微生物發酵法生產的。D-乳酸作為一種主要的基本有機化工原料，在醫藥、農藥、化工等方面均有十分廣泛的應用。尤其是作為下一代高強度生物可降解塑料聚乳酸的單體，正在引起全球大公司和科學家的高度關注。全球D-乳酸的需求量每年都以6％～8％的速度增長，目前全世界D-乳酸的產量為1.6萬噸，而D-乳酸的需求量約2.6萬噸，由此可見，D-乳酸的市場前景廣泛。隨著全球性的能源和資源供求關系的日益緊張，以可再生生物質原料的高濃度、高光學純D-乳酸生物制造勢在必行。發展光學純D-乳酸生物制造技術，將會促進可降解材料——聚乳酸的發展，對實施石油替代戰略，確保國家能源與資源安全具有極為重要的作用。

聚乳酸是一種由乳酸聚合而成的生物可降解性高分子聚合物，具有良好的生物相容性和生物可降解性。聚乳酸可用作藥物緩釋材料、手術縫合線、生物植片、組織修復材料等。聚乳酸制成的生物可降解纖維，耐熱性175℃，可與聚酯纖維一樣，制成長絲、短絲，用于服裝和非服裝織物，具有天然纖維的吸濕性，較好的手感，又有合成纖維的光滑和舒適挺括。聚乳酸制成的生物可降解塑料，能夠代替PVC、PP塑料，用于塑料食品器具、醫用服裝、個人衛生用品、嬰兒尿布、垃圾袋、農用地膜及各種包裝行業，從而減少“白色污染”，有利于環境保護。用乳酸生產生物降解塑料，在我國具有極大的市場發展潛力，目前已成為開發的熱點項目。但是，由光學純L-乳酸制得的聚乳酸在強度、熱穩定性等方面尚需進一步的改進才能適應更為廣泛的應用的需要。有報道稱，由聚L-乳酸和聚D-乳酸混合而成的聚乳酸與聚L-乳酸相比具有更佳的結構和性能。

雖然高純度D-乳酸具有廣闊的市場前景，但目前商業化的高純度D-乳酸產品很少，高純度D-乳酸的價格也遠高于L-乳酸的價格。因此，采用廉價的非糧原料生產高純度D-乳酸，具有良好的市場前景，一方面減輕對環境的壓力，另一方面也會大大提高其經濟價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種發酵生產D-乳酸的方法。

本發明所提供的發酵生產D-乳酸的方法，包括如下步驟：將菊糖芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus?inulinus)接種到以菊芋水解液作為唯一碳源的發酵培養基中進行發酵培養，得到D-乳酸。所述菊芋水解液中果糖和葡萄糖的質量比可為(3-5)∶1，具體如4∶1。

所述菊芋水解液中總還原糖在所述發酵培養基中的終濃度可為46-55g/L，如49.25g/L。

所述菊芋水解液中的所述總還原糖為果糖和葡萄糖；所述果糖在所述發酵培養基中的終濃度可為38-42g/L，如39.4g/L，所述葡萄糖糖在所述發酵培養基中的終濃度可為8-12g/L，如9.85g/L。

所述發酵培養基由碳源，氮源和控制發酵液pH的中和劑組成。在本發明的實施例中，所述碳源即為上述菊芋水解液，所述菊芋水解液含有在所述發酵培養基中終濃度為49.25g/L的總還原糖，所述總還原糖為果糖和葡萄糖，所述果糖和所述葡萄糖的質量比可為(3-5)∶1，具體如4∶1；所述氮源為在所述發酵培養基中終濃度為10g/L的酵母粉；所述中和劑為碳酸鈣；所述碳酸鈣在所述發酵培養基中的含量可為所述總還原糖質量的60％，在本發明的一個實施例中，所述碳酸鈣的終濃度具體為30g/L；所述發酵培養基的pH為6.5。

所述發酵培養的溫度可為42℃；所述發酵培養的培養方式可為靜止培養；所述發酵培養的時間可為40-96h，如96h。

本發明所提供的發酵生產D-乳酸的方法中，接種到所述發酵培養基中進行培養的所述菊糖芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus?inulinus)是經過活化的菊糖芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus?inulinus)；在本發明的具體實施例中，其活化方法為如下1)或2)：