[发明专利]一种利用生物质热解产物发酵L－乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵和生物化工技术领域。

技术背景

乳酸，CH₃CH(OH)COOH，又名2-羟基丙酸，是一种需求量最大的有机酸之一，可以作为原料、添加剂、防腐剂、消毒剂、调节剂等，广泛应用于酿造、食品、化工、医药、皮革、卷烟等行业中。其深加工产品乳酸盐及乳酸酯、聚乳酸均有广泛的用途。乳酸按其旋光性可分为L型、D型和DL型，其中只有L-乳酸能够被人体和微生物吸收利用，还可用来生产聚L-乳酸。聚L-乳酸具有与聚苯乙烯相似的光泽度和加工性能，还具有生物降解性，因此广泛用于生产生物降解材料、绿色包装材料、农用薄膜、抗癌药物、缓释胶囊制剂、手术缝合线等。

乳酸的生产主要有化学合成和生物发酵两种方法，目前以后者备受国际学术界的关注。主要原因有：(1)化学合成法生产乳酸的原料，主要来自于石油裂解，而石油资源危机日益突出。为此，积极探索利用可再生资源进行乳酸的发酵生产，不仅大大减少石油资源的消耗，还能降低乳酸的生产成本。(2)目前由塑料制品造成的“白色污染”已成为最为严重的环境问题之一。而国际上在可生物降解塑料的研究中发现，聚乳酸具有良好的生物降解性及优良的使用特性，被公认为是理想的生物降解材料之一。(3)淀粉基原料作为基质发酵生产乳酸，原料可再生。

目前发酵法生产乳酸的方法所采用的培养基原料以粮食为主，菌种主要有乳杆菌属(LactobaciLLus)和根霉属(Rhizopus)等。如：用乳杆菌发酵生产乳酸，必须将淀粉基原料完全水解糖化为葡萄糖，再进行发酵，所产乳酸为DL-乳酸。又如：L-乳酸一般是由米根霉菌株发酵淀粉水解物来生产。中国专利(申请号：03814886.2)中公开了一种以淀粉为生产原料，以中度嗜热产乳酸细菌为生产菌株发酵乳酸。中国专利(专利号：79181922.X)中公开了一种以多种单糖或双糖为生产原料，以产乳酸细菌为生产菌株发酵生产乳酸的工艺。中国专利(申请号：01109905.4)中公开了一种以玉米、大米、甘薯、淀粉等为生产原料，经过添加淀粉酶液化，再经糖化，接入耐高糖、高酸、高温的德氏乳杆菌YJS-2-1菌株和米根菌L-A6菌株，添加适量的辅料(麸皮、麦根、玉米浆、麸皮水解液)，生产高浓度DL-乳酸和L-乳酸。中国专利(申请号：00111451.4)中公开了一种嗜热性乳酸杆菌高温厌氧发酵生产L-乳酸的方法，所采用的碳源是经液化、糖化处理的玉米粉。

纤维素类生物质资源是地球上数量最丰富的可再生资源，通过水解或热解糖化可以提供可发酵糖，如中国专利(专利号：00107956.5)中公开了一种自纤维素类生物质的热解油中制备1，6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖(简称LG)的方法。纤维素类生物质的高效转化为大规模、低成本生产L-乳酸提供了可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种以纤维素类生物质的热解产物1，6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖发酵生产L-乳酸的方法。步骤如下：

1、种子培养：培养基组成，葡萄糖2％，LG2％，酵母浸膏0.2％，尿素0.1％，磷酸氢二钾0.02％，MgSO₄·7H₂O 0.02％。于120℃灭菌15分钟。接种根霉属L-乳酸生产菌，28-35℃摇瓶培养24小时，既得液体种子。

2、L-乳酸发酵：培养基组成，LG6％-12％，尿素0.03％-0.3％，磷酸氢二钾0.01％-0.03％，MgSO₄·7H₂O 0.01％-0.03％。于110-120℃灭菌10-30分钟。接种5％-10％液体种子，于气升式反应器中发酵，用20％-30％的灭菌LG溶液连续补料，碳酸钙、氢氧化钙或氨水调节pH。最终发酵液中L-乳酸的浓度可达10％以上，转化率达到0.9克L-乳酸/克LG以上。

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施，目的在于帮助读者更好地理解本发明的精神实质，但不作为对本发明实施范围的限定。

实施例：

培养基组成：LG8％，尿素0.1％，磷酸氢二钾0.02％，MgSO₄·7H₂O0.02％。于115℃灭菌15分钟。接种5％液体种子，于气升式反应器中发酵，用30％的灭菌LG溶液连续补料，氢氧化钙调节pH。最终发酵液中L-乳酸的浓度达11％，转化率达到0.9克L-乳酸/克LG。