[发明专利]一种利用菊芋水解液生产D-乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种发酵生产D-乳酸的方法；特别涉及一种菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)利用菊芋水解液生产D-乳酸的方法。

背景技术

乳酸又称丙醇酸，分子式C₃H₆O₃(CH₃CHOHCOOH)，分子量90.07884。由于乳酸分子中存在一个不对称的碳原子，因此具有光学异构现象，从而分为D-型和L-型两种。其生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法，化学法只能合成DL-乳酸，而发酵法根据所采用的菌株的不同，可以合成单一的L-乳酸、D-乳酸或者DL-乳酸。目前，约90％的乳酸是通过微生物发酵法生产的。D-乳酸作为一种主要的基本有机化工原料，在医药、农药、化工等方面均有十分广泛的应用。尤其是作为下一代高强度生物可降解塑料聚乳酸的单体，正在引起全球大公司和科学家的高度关注。全球D-乳酸的需求量每年都以6％～8％的速度增长，目前全世界D-乳酸的产量为1.6万吨，而D-乳酸的需求量约2.6万吨，由此可见，D-乳酸的市场前景广泛。随着全球性的能源和资源供求关系的日益紧张，以可再生生物质原料的高浓度、高光学纯D-乳酸生物制造势在必行。发展光学纯D-乳酸生物制造技术，将会促进可降解材料——聚乳酸的发展，对实施石油替代战略，确保国家能源与资源安全具有极为重要的作用。

聚乳酸是一种由乳酸聚合而成的生物可降解性高分子聚合物，具有良好的生物相容性和生物可降解性。聚乳酸可用作药物缓释材料、手术缝合线、生物植片、组织修复材料等。聚乳酸制成的生物可降解纤维，耐热性175℃，可与聚酯纤维一样，制成长丝、短丝，用于服装和非服装织物，具有天然纤维的吸湿性，较好的手感，又有合成纤维的光滑和舒适挺括。聚乳酸制成的生物可降解塑料，能够代替PVC、PP塑料，用于塑料食品器具、医用服装、个人卫生用品、婴儿尿布、垃圾袋、农用地膜及各种包装行业，从而减少“白色污染”，有利于环境保护。用乳酸生产生物降解塑料，在我国具有极大的市场发展潜力，目前已成为开发的热点项目。但是，由光学纯L-乳酸制得的聚乳酸在强度、热稳定性等方面尚需进一步的改进才能适应更为广泛的应用的需要。有报道称，由聚L-乳酸和聚D-乳酸混合而成的聚乳酸与聚L-乳酸相比具有更佳的结构和性能。

虽然高纯度D-乳酸具有广阔的市场前景，但目前商业化的高纯度D-乳酸产品很少，高纯度D-乳酸的价格也远高于L-乳酸的价格。因此，采用廉价的非粮原料生产高纯度D-乳酸，具有良好的市场前景，一方面减轻对环境的压力，另一方面也会大大提高其经济价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种发酵生产D-乳酸的方法。

本发明所提供的发酵生产D-乳酸的方法，包括如下步骤：将菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)接种到以菊芋水解液作为唯一碳源的发酵培养基中进行发酵培养，得到D-乳酸。所述菊芋水解液中果糖和葡萄糖的质量比可为(3-5)∶1，具体如4∶1。

所述菊芋水解液中总还原糖在所述发酵培养基中的终浓度可为46-55g/L，如49.25g/L。

所述菊芋水解液中的所述总还原糖为果糖和葡萄糖；所述果糖在所述发酵培养基中的终浓度可为38-42g/L，如39.4g/L，所述葡萄糖糖在所述发酵培养基中的终浓度可为8-12g/L，如9.85g/L。

所述发酵培养基由碳源，氮源和控制发酵液pH的中和剂组成。在本发明的实施例中，所述碳源即为上述菊芋水解液，所述菊芋水解液含有在所述发酵培养基中终浓度为49.25g/L的总还原糖，所述总还原糖为果糖和葡萄糖，所述果糖和所述葡萄糖的质量比可为(3-5)∶1，具体如4∶1；所述氮源为在所述发酵培养基中终浓度为10g/L的酵母粉；所述中和剂为碳酸钙；所述碳酸钙在所述发酵培养基中的含量可为所述总还原糖质量的60％，在本发明的一个实施例中，所述碳酸钙的终浓度具体为30g/L；所述发酵培养基的pH为6.5。

所述发酵培养的温度可为42℃；所述发酵培养的培养方式可为静止培养；所述发酵培养的时间可为40-96h，如96h。

本发明所提供的发酵生产D-乳酸的方法中，接种到所述发酵培养基中进行培养的所述菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)是经过活化的菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)；在本发明的具体实施例中，其活化方法为如下1)或2)：