[發明專利]L-乳酸的生產菌株凝結芽孢桿菌H-2及L-乳酸的生產方法

有效

• 申請號: 202010697954.8
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111826314B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 許平;張凡;陶飛;唐鴻志
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P7/56;G01N30/02;G01N21/33;C12R1/07
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 范艷靜

本發明提供了一種L?乳酸的生產菌株凝結芽孢桿菌H?2及L?乳酸的生產方法，在L?乳酸的生產方法中，首先通過對發酵時的四種條件pH值、溫度、初始葡萄糖濃度和接種量進行優化，得到發酵的最優條件；其次，在最優條件下，采用長期重復補料分批(LtRFb)策略進行L?乳酸生產，最后應用兩個方程對LtRFb進行發酵動力學模擬分析；本發明采用了LtRFb策略，在重復批次內始終保持菌株的良好活性，產率、產量、轉化率始終維持穩定且優良，有利于節省生產時間和成本，具有很好的工業生產應用價值；本發明進行了對L?乳酸的LtRFb策略發酵動力學的分析，與模型擬合程度較好，有助于進一步指導并調整改進工藝，具有潛在指導意義。

技術領域

本發明屬于生物工程技術領域，具體涉及一種L-乳酸的生產菌株凝結芽孢桿菌H-2及其在長期重復分批補料(LtRFb)策略下生產L-乳酸的方法。

背景技術

近年來，傳統塑料制品造成的環境污染問題日益嚴重。而開發生物可降解的綠色材料來代替石油塑料是解決塑料污染的關鍵措施。聚乳酸(PLA)材料是一種環境友好的綠色材料，由于其生物降解性和生物相容性而受到全球矚目，具有很高的可以取代傳統塑料的潛力。PLA的很多特性包括結晶度、熱穩定性以及抗水解性等都取決于L-乳酸和D-乳酸的相對比例。因此，這些前體的有效生產對于PLA的生產是非常重要的。

相比于傳統的化學生產法，乳酸的生物發酵法具有許多優勢，不會產生外消旋物，也不會對環境造成污染。而對于L-乳酸的生物發酵生產，首先，選擇生產菌株是最為基本和關鍵的，一個優良的生產菌株可以保證高效的產品合成以及可行的工藝改進。已報道的能用于L-乳酸生產的菌株非常多，其中利用凝結芽孢桿菌Bacillus?coagulans產L-乳酸有很大優勢，其具有耐高溫、耐貧瘠、產物轉化率高且光學純度高等優點。該菌株最適的生長溫度是50-55℃，因此可以用于高溫發酵，而高溫發酵則比普通的中溫發酵具備許多在工業改良等方面的優點，比如減少發酵設備冷卻的費用，降低染菌風險，可以開放體系從而簡化操作等。

對于工業產品，高效低成本的生產是始終追求的普遍目標，這就有賴于對發酵工藝的改良優化。傳統的分批發酵模式有很多限制性，由于底物濃度限制會導致無法充分發揮菌株的潛力，從而影響總體產量，經濟效益低下。而基于分批補料發酵的改良發酵策略，可以降低底物的初始濃度，在發酵的過程中持續添加底物。這樣就能有效地緩解底物的抑制作用，從而提升產量。重復分批發酵也是一種非常有效的策略，在這種發酵模式下，可以減少種子的準備時間、降低底物殘余、提升菌株細胞活力等，從而有效地提升工業發酵生產的效率。

發明內容

針對現有技術中的不足，為了進一步優化L-乳酸的生產條件和發酵工藝，本發明引入了一種兩類發酵模式相結合的長期重復分批補料(LtRFb)策略，即利用凝結芽孢桿菌H-2以長期重復分批補料(LtRFb)策略進行L-乳酸生產，在發酵期間不間斷地提供新鮮且高活性地種子液，讓設備充分利用，減少生產設備的空置時間和種子的準備時間，從而有效地縮減生產成本。同時，本發明還對利用LtRFb策略的L-乳酸發酵動力學進行模擬和分析，這對于其他產物的類似發酵工藝具有指導意義和工業應用價值。

為達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種L-乳酸的生產菌株凝結芽孢桿菌H-2，該生產菌株凝結芽孢桿菌H-2(Bacillus?coagulans?H-2)于2020年5月29日保藏在中國典型培養物保藏中心(湖北省武漢市珞珈山武漢大學，中國)，保藏編號為CCTCC?NO:M2020155。

該生產菌株凝結芽孢桿菌H-2的細胞成桿狀，可運動，能產芽孢；菌株菌落呈黃褐色，圓形，邊緣無齒狀，表面光滑，易被挑起；菌株為革蘭氏陽性菌，兼性厭氧。菌株具備高效高產高轉化率生產L-乳酸的能力。

一種L-乳酸的生產菌株凝結芽孢桿菌H-2在生產L-乳酸中的應用。