[發(fā)明專(zhuān)利]用于高效乳酸生產(chǎn)的材料和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310012065.3
• 申請(qǐng)日: 2006-08-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103396974A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周勝德;朗尼·奧尼爾·英格拉姆;基爾內(nèi)塔姆·T·尚穆加姆;洛蘭·P·約馬諾;塔米·B·格拉巴爾;喬納森·C·穆?tīng)?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 佛羅里達(dá)大學(xué)研究基金會(huì)公司
• 主分類(lèi)號(hào): C12N1/21
• 分類(lèi)號(hào): C12N1/21;C12P7/56;C12R1/19
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 張英;劉書(shū)芝

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日2006年8月10日、標(biāo)題為“用于高效乳酸生產(chǎn)的材料和方法”申請(qǐng)?zhí)?00610109332.9的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2005年8月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)第60/706,887號(hào)、2006年1月24日提交的系列第60/761,576號(hào)、以及2006年5月11日提交的系列號(hào)第60/799,619號(hào)的權(quán)益。

政府支持

本發(fā)明是在政府的支持下完成的，其由能源部資金支持，批準(zhǔn)號(hào)為USDOE-DE?FG02-96ER20222；以及由能源部聯(lián)合美國(guó)農(nóng)業(yè)部資金支持，批準(zhǔn)號(hào)為USDA&DOE?Biomass?RDI?DE?FG36-04GO14019。本發(fā)明還得到來(lái)自美國(guó)農(nóng)業(yè)部的政府支持，批準(zhǔn)號(hào)為01-35504-10669和00-52104-9704。政府對(duì)本發(fā)明具有一些權(quán)利。

背景技術(shù)

乳酸通常用作用于保存、增加風(fēng)味和酸味的食品添加劑。乳酸還用于制造可生物降解塑料，即聚乳酸(PLA)。PLA作為石油基產(chǎn)品的可更新替代品的應(yīng)用迅速擴(kuò)大(Agrawal,2003)。PLA的物理性能和生物降解速率可通過(guò)調(diào)整手性底物(D-乳酸和L-乳酸)的比率加以控制(Narayanan?et?al.,2004)。估計(jì)每年全球乳酸市場(chǎng)超過(guò)100,000噸，并且有望在接下來(lái)的幾年內(nèi)隨著新的PLA設(shè)備投入運(yùn)行會(huì)有顯著增長(zhǎng)。

例如，對(duì)可生物降解的溶劑乳酸乙酯(一種乳酸衍生物)的需求有望在近年內(nèi)有顯著增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，乳酸酯有可能代替美國(guó)每年使用的380萬(wàn)噸溶劑的80%。這種溶劑無(wú)毒并且具有許多有益的應(yīng)用，包括用于電子制造、油漆和涂料、紡織品、清潔劑和脫脂劑、粘合劑、印刷、以及脫墨。

生產(chǎn)乳酸時(shí)，人們常常優(yōu)選發(fā)酵方法而非化學(xué)合成，因?yàn)槠涞玫降氖荄和L異構(gòu)體的混合物。微生物發(fā)酵的產(chǎn)物依賴于所使用的有機(jī)體。微生物發(fā)酵可產(chǎn)生兩種異構(gòu)體的混合物或者立體專(zhuān)一形式的光學(xué)純?nèi)樗帷ＯＭ漠a(chǎn)物的立體專(zhuān)一性依賴于其計(jì)劃的用途。

采用乳酸桿菌(Lactobacilli)的細(xì)菌發(fā)酵通常用于乳酸的工業(yè)生產(chǎn)，但是這些發(fā)酵很少產(chǎn)生光學(xué)純產(chǎn)物。另外，這些細(xì)菌需要復(fù)雜營(yíng)養(yǎng)的性質(zhì)要求將相當(dāng)大量的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)素添加到生長(zhǎng)培養(yǎng)基，增加了額外費(fèi)用并且使純化更加困難。此外，用于生產(chǎn)乳酸的發(fā)酵方法效率嚴(yán)重不足，必須加以改進(jìn)以確保上述預(yù)期市場(chǎng)擴(kuò)張的經(jīng)濟(jì)可行性。

盡管描述過(guò)重組釀酒酵母菌(Saccharmyces?cerevisiae)菌株含有來(lái)自乳酸桿菌或者牛源(bovine?origins)乳酸脫氫酶(ldh)基因(Patent?WO99/14335and?Adachi?et?al.,1998)，但是酵母菌不能生產(chǎn)可觀水平的乳酸。雖然能夠生產(chǎn)達(dá)2-4%(w/v)的乳酸，但是這些菌株顯示出較差的生產(chǎn)能力并且相當(dāng)一部分葡萄糖轉(zhuǎn)化成乙醇。

絲狀真菌米根霉(Rhizopus?oryzae)(也稱(chēng)作少根霉(R.arrhizus))也用于乳酸的工業(yè)生產(chǎn)。米根霉能夠在化學(xué)成分確知的培養(yǎng)基(chemically?defined?medium)中將葡萄糖有氧地(aerobically)轉(zhuǎn)化為大量的光學(xué)純L-(+)-乳酸。之所以持續(xù)研究通過(guò)根霉的乳酸生產(chǎn)，主要是因?yàn)樵诨旧L(zhǎng)培養(yǎng)基中容易進(jìn)行產(chǎn)物純化以及真菌利用復(fù)合碳水化合物和戊糖的能力(美國(guó)專(zhuān)利第4,963,486號(hào))。這使得可利用真菌將低價(jià)值的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乳酸。遺憾的是，通過(guò)對(duì)根霉和其它真菌的遺傳修飾來(lái)改變?nèi)樗嵘a(chǎn)的能力比較有限。

基于大腸桿菌K-12的生物催化劑已經(jīng)被改造用于D-(-)-乳酸(鹽)(lactate)生產(chǎn)，但是不能將復(fù)合或基本培養(yǎng)基中10%的葡萄糖或蔗糖發(fā)酵完全(Chang?et?al.,1999;Dien?et?al.,2001;Zhou?et?al.,2003;Zhu?and?Shimizu2004)。

人們開(kāi)發(fā)了一種大腸桿菌生物催化劑，即SZ63(pLOI3501)，其通過(guò)在質(zhì)粒上功能化地表達(dá)來(lái)自大腸桿菌B的cscR’cscA’cscKB’基因而用于蔗糖發(fā)酵(Shukla?et?al.2004)。盡管能夠有效地發(fā)酵5%的葡萄糖或蔗糖，但是這種生物催化劑不能徹底代謝更高的糖濃度并且為了質(zhì)粒的維持需要連續(xù)進(jìn)行抗生素選擇。