[發明專利]一種同步糖化發酵生產L-乳酸的方法

有效

• 申請號: 201911033002.X
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN112725386B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 樊亞超;張霖;師文靜
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號: C12P7/56
• 分類號: C12P7/56;C12N1/20;C12R1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種同步糖化發酵生產L?乳酸的方法，是以木質纖維素為原料，在糞腸球菌DLY?LFYC種子液、纖維素酶存在下，在酶解條件下進行同步糖化發酵。本發明利用新分離篩選的糞腸球菌DLY?LFYC能夠在較高溫度下進行同步糖化發酵，發酵產L?乳酸的濃度和光學純度較高，特別是菌株可以利用纖維二糖，反饋抑制作用較小，提高了乳酸發酵效果。

技術領域

本發明屬于生物化工領域，具體涉及一株同步糖化發酵生產L-乳酸的方法。

背景技術

乳酸，是世界上公認的三大有機酸之一，具有旋光異構體，分為D-乳酸、L-乳酸和DL-乳酸，其中L-乳酸為左旋型乳酸，是人體唯一可以分解利用的乳酸類型。L-乳酸在食品、醫藥、農業、化妝品等眾多領域有著廣泛的應用，特別是高光學純度的L-乳酸，因其可作為生物降解材料L-聚乳酸的前體，市場需求量巨大。據估計，食品級L-乳酸的需求量以每年5%-8%的速率增長，遠遠超出了目前的供給能力。

目前，大部分乳酸的生產是通過微生物發酵制備的。傳統的生物發酵法制備L-乳酸是以糧食基淀粉為原材料，經糖化降解為葡萄糖，被菌種利用發酵制備L-乳酸。原材料的成本占到了L-乳酸發酵成本的70%，且以糧食為原材料發酵制備化學品，存在與人爭糧的問題，缺乏發展潛力。因此，尋找廉價碳源高效發酵生產L-乳酸是生物法制備L-乳酸技術的研究熱點之一。

利用廉價的木質纖維素作為原料發酵制備L-乳酸可以有效降低L-乳酸的生產成本。每年，地球上會產生大量的木質纖維素質廢料如秸稈、纖維廢渣、廢紙等，因其含量豐富、廉價、可再生等優點成為發酵生產L-乳酸的研究方向。木質纖維素中含有大量的纖維素，可被酶解生成纖維二糖和葡萄糖，作為L-乳酸發酵的碳源。木質纖維素在作為碳源之前需要進行預處理和酶解糖化。纖維素原料的預處理成本較高，纖維素酶的成本占生物質轉化成本的60%左右，因此在發酵過程中要不斷提高纖維素酶的酶解效率，并減少纖維素酶的用量，從而降低發酵成本。一般纖維素酶制劑是酶的混合物，是能夠水解纖維素生成纖維二糖和葡萄糖的一組酶的總稱，主要包括內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶以及β-葡萄糖苷酶等。纖維素酶糖化產物葡萄糖和纖維二糖的積累會抑制纖維素酶的活力，因此生物質轉化過程通常采用同步糖化發酵，即將纖維素酶和發酵菌種同時加入反應器，降低糖化產物的抑制作用。但是，同步糖化發酵的缺點是，纖維素酶的最適酶解溫度和菌種發酵溫度不一致，纖維素酶制劑水解的最適溫度在45-50℃，而大多數產L-乳酸的微生物的最適溫度低于45℃，因此溫度的差異造成水解和發酵不能同時達到最佳狀態，降低了酶解效率，增加了纖維素酶的用量，提高了成本。因此，采用能夠高溫發酵產L-乳酸的菌株，有利于減少酶的用量，降低發酵成本。此外，大多數產L-乳酸的菌株不能利用纖維二糖，纖維二糖的累積會抑制纖維素酶的酶活，因此通常需要在纖維素酶制劑中復配β-葡萄糖苷酶，水解纖維二糖為葡萄糖，減少纖維二糖的累積，降低產物抑制作用，這同樣會增加酶的用量，提高發酵成本。

發酵法生產乳酸常用的菌種為米根霉、乳酸菌、乳桿菌等。米根霉在氧氣充足的條件下，直接利用淀粉質原料生產L-乳酸，但其理論轉化率較低，生產速率下降較快。大部分乳酸菌發酵產物為L-乳酸和D-乳酸的混合物，對糖和乳酸的耐受性較差。乳桿菌發酵的產物L-乳酸中往往會含有較多的D型或DL型乳酸，造成乳酸的光學純度較低，給后續分離帶來困難。通過對發酵工藝的改進可以提高乳酸的產量，降低發酵成本。

李秀康等（產高光學純度L-乳酸菌株HY-38發酵培養基優化,中國釀造, 2017, 36(02)）以糞腸球菌HY-38為出發菌株進行培養基的優化，L-乳酸的產量提高了24.3%。姜旭等（基因工程菌發酵生產L-乳酸研究進展,生物工程學報, 2013, 29(10)）綜述了基因工程菌在L-乳酸發酵生產中的應用。雖然基因工程在微生物菌種改造方面取得了很多成功，但是目前很多微生物菌種在工業環境下的適應能力、脅迫抗性和代謝能力方面還遠不能滿足實際應用。

CN106834368A公開了一種利用木質纖維素發酵生產L-乳酸的方法，采用的菌株為凝結芽孢桿菌。該方法不能解除酶解產物纖維二糖的反饋抑制作用。