[發明專利]一株發酵甘蔗糖蜜生產D-乳酸菌株及其發酵方法

無效

• 申請號: 201310507255.2
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103589668A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 聞建平;李勇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/56;C12R1/225
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明屬于有機酸發酵技術領域，具體涉及一株發酵甘蔗糖蜜生產高光學純度D-乳酸的德式乳桿菌Lactobacillus?delbrueckii?LACD01，以及其發酵甘蔗糖蜜生產D-乳酸的方法。

背景技術

D-乳酸是多種手性物質的前體，廣泛應用于制藥、高效低毒農藥及除草劑、化妝品等領域的手性合成。而隨著新型生物材料的普及推廣，L-乳酸、D-乳酸在新材料方面的應用也有很大的發展。以L，D-乳酸為原料制造的聚乳酸類（PLA）產品具有很好的生物相容性，其光澤度、透明性、手感和耐熱性俱佳，且有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，用途十分廣泛，可代替硅橡膠、硅油等傳統的醫用高分子材料制作骨內固定物、細胞培養和醫用手術縫合線等醫用材料；可代聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等材料生產新型環保包裝材料。而與一般生產的第一代PLA^[1]相比，D-乳酸和L-乳酸按一定規則排列聚合而成的第二代PLA^[2]（sbPLA、scPLA）具有更高的耐熱性（Tm值分別由一代PLA的160℃增至220℃、230℃）、力學強度和韌性等。作為第二代PLA的原料，要求D-乳酸光學純度必須在98%以上，當前對高光學純度D-乳酸的需求量在不斷增加。

D-乳酸的制備方法主要有化學合成-手性拆分法、酶轉化法和生物發酵法。微生物發酵生產D-乳酸是以淀粉、葡萄糖等原料經微生物發酵而得，與其它兩種方法相比較，微生物發酵法可以生產高光學純度的D-乳酸，并且避免了前者的工藝復雜、成本高以及環境污染等問題。因此，D-乳酸的規模化生產90%以上采用生物發酵法。

目前，工業上生物法生產D-乳酸的主要原料是玉米等糧食淀粉，但是玉米等糧食作物資源有限，不符合發酵原料不與人爭糧，不與糧爭地的國家發展戰略要求，危及國家的糧食安全。隨著人口增長，耕地減少以及水資源短缺等因素影響的不斷增大，玉米產量趨于穩定而需求量與日俱增，必將導致其價格的上升。據《2011-2015年中國乳酸行業市場發展及前景預測報告》中預測，“十二五”期間玉米產量年均增長率將從“十五”期間的5.6%降低至2%。因此，如何利用廉價的非糧原料（甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、木薯等）是目前研究的熱點，對新一代的D-乳酸發酵技術具有重要意義。

糖蜜作為制糖工業的副產物，其來源廣，全球糖蜜產量已經突破6000萬噸，而糖蜜的銷量不到一半，這也導致糖蜜價格不斷下降，目前國內價格僅約800元每頓。糖蜜中的成分約為30%（w/w）蔗糖、3.2%葡萄糖、10.8%果糖、2.5%碳水化合物、9.6%灰分、8.9%重金屬離子（鐵、鋅、銅、錳、鎂、鈣等）、4.6%鹽分、4.3%蛋白類、0.06%脂類和大量的膠體物質以及少量有機酸、維生素^[3]。其含糖量達40%以上，同時蔗糖、葡萄糖和果糖能被大多數乳酸菌直接利用^[4]。當前工業上利用發酵法產乙醇的原料主要是糖蜜（占約90%）^[5]。由此可見以糖蜜為原料發酵產高光學純度（98%以上）D-乳酸具有很大的潛力。國外關于發酵糖蜜生產D-乳酸技術已有多篇報導，如Luciana?Fontes?Coelh等[6]以腸膜明串珠菌Leuconostoc?mesenteroides?B512發酵糖蜜產D-乳酸產量達到60.2g/L，D.S.Joshi等^[7]利用乳酸乳桿菌Lactobacillus?lactis同樣實現了以糖蜜為原料發酵生產D-乳酸。然而國內還沒有乳酸菌發酵糖蜜產D-乳酸的報導，因此，開發國內自主的發酵糖蜜生產高光學純度D-乳酸菌株及其發酵糖蜜技術，具有迫切的現實意義和應用價值。

[1]曹曉秀，樊玲，于波，朱可新，郭曉，何勇，一種聚乳酸制備的方法，200710131099.9

[2]劉焱龍，項盛，馮立棟，孫彬，邊新超，陳學思，高耐熱高韌性聚乳酸樹脂組合物及其制備方法，201210421424.6

[3]Ye?Ni，Yun?Wang，Zhihao?Sun，Butanol?Production?from?Cane?Molasses?by?Clostridium?saccharobutylicum?DSM13864：Batch?and?Semicontinuous?Fermentation，Appl?Biochem?Biotechnol，2012，166：1896–1907.