[发明专利]用于制备L-乳酸的凝结芽孢杆菌及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种乳酸制备技术领域的菌株及其应用方法，具体是一种利用五碳糖/六碳糖的用于制备高浓度L-乳酸的凝结芽孢杆菌及其应用方法。

背景技术

乳酸(Lactic Acid)是一种重要的，多用途的有机酸，广泛应用于食品、化工、医药等领域，其中最重要、最广泛的工业应用为聚乳酸合成的单体。由乳酸聚合生成的聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此被产业界认为是新世纪最有发展前途的新型可再生材料。乳酸分子中存在一个手性中心，具有旋光性，是一种手性分子。根据旋光性的不同，乳酸可分为L-乳酸、D-乳酸和消旋乳酸。由于聚L-乳酸使用规模最为广泛，因此光学纯L-乳酸的生产一直受到普遍关注。

生产乳酸的方法主要有化学合成法、酶催化法和发酵法。与化学法和酶催化法相比，微生物发酵法不仅能以淀粉、纤维素等可再生资源分解所得到的葡萄糖等为原料，通过菌种和培养条件的选择发酵生产乳酸，能获得光学纯的L-乳酸、D-乳酸或是两者一定比例的混合物，而且生产成本低，产品安全性高，目前是大规模生产乳酸的主要方法。乳杆菌(Lactobacillus)、链球菌(Streptococcus)、肠球菌(Enterococcus)、根霉(Rhizopus)等菌具有乳酸生成能力，如中国专利文献号200480036931.1。嗜热的芽孢杆菌是一种新的可用于L-乳酸发酵生产的微生物。由于芽孢杆菌具有营养要求低，具有较高的发酵温度(45～60℃)，可实现开放式发酵，同时大大减少了发酵过程中污染杂菌的机会，提高了L-乳酸的光学纯度，因此近年来关于利用芽孢杆菌生产乳酸的研究逐渐增多。日本专利文献号JP5840093、JP606200、JP327291、美国专利文献号US5079164、中国专利申请号200810098908.5均报道了芽孢杆菌生产乳酸。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200710176060.9、200910028930.7、02806664.2都报道了凝结芽孢杆菌发酵葡萄糖生产L-乳酸。但上述技术中所用凝结芽孢杆菌没有显示利用五碳糖如木糖生产高浓度高纯度乳酸。尤其在“一种生产L-乳酸的方法及其专用凝结芽孢杆菌”中使用的微生物为凝结芽孢杆菌，根据该菌株的特性，该菌株不能够利用木糖。

进一步检索发现，美国专利文献号US 2005/0250192A1中记载了能够利用葡萄糖和木糖生产乳酸的多株凝结芽孢杆菌生产L-乳酸等。在分离得到的多株菌中，Bacillus sp.36D1具有最强的利用六碳糖和五碳糖的能力。但该技术所记载的菌株生产乳酸产量较低，如Bacillus sp.36D1利用纯葡萄糖L-乳酸报道产量约25.2g/L左右；利用纯木糖L-乳酸报道产量约23.4g/L 左右；利用甘蔗渣中还原糖(主要为五碳糖-木糖，六碳糖-葡萄糖)为底物发酵生产L-乳酸，报道的L-乳酸最高产量约55.5g/L左右，且发酵时间很长，高达190多小时。

目前，乳酸的工业化生产主要原料是葡萄糖，或者玉米、大米等淀粉含量较高的农作物产品，存在的主要问题是生产成本高。利用富含碳水化合物的有机废弃物发酵生产乳酸，不仅能够降低乳酸的生产成本，而且可以解决废弃物的资源化问题。作为世界范围内提倡的环境保护和减少能源需求的一个环节，当前在国内外都在充分地进行有机废弃物的再利用。然而上述物质中含有五碳糖(如木糖、阿拉伯糖等)和六碳糖(如葡萄糖)，大多数乳酸生产菌株无法利用其中的五碳糖，因此限制其在乳酸生产中的应用。在我国，一部分木糖醇是利用从玉米芯水解液中提取的木糖为原料制得的；在该工艺中，产生了大量的副产物，且木糖醇生产的副产物中含有50％～70％的碳水化合物，如不利用既造成浪费又造成污染。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于制备L-乳酸的凝结芽孢杆菌及其应用方法，可以直接利用木糖醇生产副产物中的各种还原糖发酵生产L-乳酸，发酵获得高浓度的L-乳酸，在节约成本的同时提高生产效率，适合于工业生产中推广应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：