[發明專利]一種重組D-乳酸生產植物乳桿菌菌株及利用該菌株生產D-乳酸的方法

有效

• 申請號: 201811542499.3
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109504630B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 佟毅;張媛;王小艷;王燕;陳博;李義;焦琳;鄭曉衛;劉志剛
• 申請（專利權）人: 吉林中糧生化有限公司;中糧營養健康研究院有限公司;中糧生物化學（安徽）股份有限公司
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/56;C12R1/25
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 洪俊梅;張淑珍

本發明涉及一種D?乳酸生產菌株以及利用該D?乳酸生產菌株生產D?乳酸的方法。利用本發明的D?乳酸生產菌株Lp?DA生產D?乳酸時，產酸速度和產物光學純度都得到顯著提高，即，本發明的D?乳酸生產菌株Lp?DA具有顯著提高的生產D?乳酸的產酸性能。相應地，通過使用本發明的D?乳酸生產菌株Lp?DA來發酵生產D?乳酸，可以大大改善D?乳酸的生產。同時，該D?乳酸生產菌株Lp?DA還具有發酵成本低、可縮短生產周期、減少發酵生產中控溫所需的能耗、節約冷卻用水、減少雜菌污染以及環境友好的優勢。

技術領域

本發明涉及基因工程領域和微生物發酵領域。具體而言，本發明涉及一種能夠在較高溫度下快速生產高光學純度D-乳酸的重組D-乳酸生產植物乳桿菌菌株以及利用該D-乳酸生產菌株生產D-乳酸的方法。

背景技術

聚乳酸(Polylactic acid，PLA)是一種由乳酸單體縮聚而成的可生物降解的高分子聚合物，主要是以微生物的發酵產物L-乳酸作為單體通過聚合反應而獲得。PLA因其原料為可再生的生物資源，被產業界一致認定為新世紀最有發展前途的新型“生物基材料”。此外，由PLA制成的產品光澤度、透明性、手感和耐熱性好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，并具有較高的光澤度和加工性能；PLA還具有無毒、無刺激性和良好的生物相容性等特點。因此，PLA具有廣闊的市場前景，用途十分廣泛，目前主要用于服裝、建筑、農業、林業、造紙和醫療衛生等多個領域中。

隨著對PLA研究的不斷深入，國內外的許多研究學者已發現純聚L-乳酸(PLLA)的多種性能不穩定，而加入適當比例的D-乳酸進行聚合可以提高其性能，拓寬了聚乳酸的應用范圍。例如，PLLA由于性脆、抗沖擊性差以及熱不穩定性等缺點而在某些應用中受到限制，對此，如果控制將一定比例的D-乳酸與L-乳酸進行共聚合，可以獲得高分子量的共聚物，從而加強聚乳酸的機械性能，例如抗沖擊性、張力強度和延展性等，同時還可提高PLLA的熱穩定性，加快PLLA的降解速度。另一方面，光學純度大于99％的D-乳酸在醫藥、農藥、化工等方面具有廣泛應用。以高光學純D-乳酸為原料聚合而成的聚乳酸材料能夠替代普通化工產品聚合而成的塑料、纖維制品，應用在醫用骨內固定物、香煙過濾頭、紡織用高級纖維等高端消費領域，同時也是3D打印技術的主要原材料。

迄今為止，D-乳酸主要可通過化學合成法和微生物發酵法獲得。化學合成法存在環境污染、成本昂貴、技術復雜、光學純度較低等棘手問題，難以滿足實際應用要求。相比之下，微生物發酵法利用葡萄糖等可再生資源為原料生產D-乳酸，具有生產成本低、產物光學純度和安全性高、生產條件溫和、污染小等優點，因此，目前全世界的D-乳酸工業生產絕大部分都是通過微生物發酵法進行的。然而，大多數乳酸菌只能同時生產L-乳酸和D-乳酸，只有極少數的天然乳酸菌和一些模式工程菌可用于專門生產D-乳酸。目前已知的D-乳酸發酵生產中采用的生產菌株有德氏乳桿菌(Lactobacillus delbrueckii)、保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)和左旋乳酸芽孢桿菌(Bacillus laevolacticus)等。

然而，在通過微生物發酵法大規模工業生產D-乳酸時，可選擇的菌株仍然十分有限，需要進一步選育高產菌株，不斷發掘新菌種，以期實現產量增加、純度提高、成本降低、效益提高等目標。對于乳酸發酵菌株的篩選和改造，主要聚焦于如下三個方面：高產菌株的獲得；耐環境脅迫菌株的選育；以及轉基因工程菌株的構建。

其中，增強乳酸發酵菌株對環境脅迫的抵抗能力是提高乳酸發酵能力的重要手段之一。已有研究表明，通過提高乳酸乳桿菌(Lactobacillus lactis)的耐高糖濃度和耐高乳酸鈣濃度的能力，可以提高其乳酸產量和產物光學純度；通過提高鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)的耐酸和耐糖能力，可以提高其乳酸產量和生物量。就此而言，在乳酸發酵工業中，耐高溫菌株可以帶來極大的優勢，例如，利用耐高溫菌株可以達到縮短生產周期、減少發酵生產中控溫所需的能耗、節約冷卻用水以及減少雜菌污染的可能性等有益效果。另一方面，采用基因工程手段對高產菌株進行改造以進一步提高其產酸效率或產物光學純度等性能，從而獲得符合期望的有用菌株也是本領域始終在追求的目標。