[发明专利]一株土芽孢乳杆菌及其应用

说明书

技术领域

本发明公开了一株D-乳酸制备技术领域的菌株及其应用方法，具体是一种利用廉价氮源-玉米浆干粉作为有机氮源制备高光学纯度、高浓度D-乳酸的土芽孢乳杆菌及其应用方法。

背景技术

乳酸（lactic acid）又名α-羟基丙酸（α-hydroxypropionic acid），因旋光性不同，可以分为D-乳酸、L-乳酸和DL-乳酸。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。由于人体只有代谢L-乳酸的L-乳酸脱氢酶，L-乳酸作为食品添加剂等被广泛使用，加之L-乳酸在聚乳酸方面的应用，L-乳酸高产菌的选育及高效生产工艺已得到高度的开发，而D-乳酸的研究则相对较少。

D-乳酸作为一个重要的手性中间体，广泛的应用于医药、农药、化工等方面的多种手性物质合成。尤其是D-乳酸可作为下一代高强度生物可降解塑料聚乳酸的单体，引起全球大公司和科学家的高度关注。D-乳酸的全球需求量每年都以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。

近年来，芳氧丙酸类除草剂在农业中的应用越来越广泛，这类除草剂是国际上最早实现工业化生产的一大类旋光性除草剂，此类除草剂中有一个手性碳原子，其中D(-)型的药性比L(+)型高出6～12倍，合成这类除草剂最重要的原料是R-(+)-2-氯丙酸。以D-乳酸为原料可以制备光学活性的R-(+)-2-氯丙酸，即D-乳酸是制备这类除草剂的光学活性前体。

随着新型生物材料的普及推广，L-乳酸、D-乳酸在新材料的应用方面有了很大的发展。例如，以乳酸为原料来制造聚乳酸类（PLA）生物降解塑料。聚乳酸以其良好的生物可降解性及其它优良的使用特性（如透明性、热塑性、产物安全性等）而被认为是理想的取代传统塑料的生物材料之一。聚乳酸（PLA）分为聚D-乳酸（PDLA）、聚L-乳酸（PLLA）和聚DL-乳酸（PDLLA）。由纯的D-乳酸、L-乳酸或者DL-乳酸聚合而成的聚乳酸具有更好的稳定性，其中，PDLA具有更好的热稳定性。聚乳酸具有良好的生物可降解性，在使用之后可以被自然界中微生物完全降解，不污染环境，对环境保护非常有利。

南京工业大学丁子建等于2004年首次报道利用芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus sp.)从葡萄糖发酵产D-乳酸的工艺，发酵72h后产酸40.7g/L，光学纯度96％；南京工业大学杨文革等在2006年发表组合发酵生产D-乳酸工艺(中国专利申请号CN200610097453.6)以乳杆菌(Lactobacillus)进行有氧、微氧、厌氧三段组合发酵技术，发酵时间25～38h，产酸达到75～131g/L；申请号为CN201010101421.5的中国发明专利公开了利用重组大肠杆菌以甘油为原料发酵制备D-乳酸的方法，但是菌株对酸的耐受性差，生产率低，使得大肠杆菌在D-乳酸实际应用当中受到限制；申请号为CN201010247826.X的中国发明公开了利用基因工程手段，成功构建了产高光学纯度D-乳酸的基因工程菌并利用其进行乳酸发酵生产，其D-乳酸产量达到40g/L以上，纯度为99％以上；申请号为CN201010235511.3的中国发明专利公开了利用同源重组的方法得到产纯D-乳酸的基因工程菌并用其进行乳酸发酵生产，其D-乳酸产量仅为20g/L以上，纯度为99％以上；申请号为CN201010235511.3的中国发明专利公开了利用同源重组的方法得到产纯D-乳酸的基因工程菌并用其进行乳酸发酵生产，其D-乳酸产量仅为20g/L以上，纯度为99％以上。上述现有技术中D-乳酸的产量普遍不高。继续检索发现：申请号为CN200810098908.5的中国发明专利公开了一株高光学纯度D-乳酸生产菌及其发酵生产D-乳酸的工艺，申请号为CN201210472413.0的中国发明专利公开了一株乳杆菌及利用其发酵生产D-乳酸的方法，申请号为CN201010208148.6的中国发明专利公开了一种采用花生粕同步酶解发酵生产高浓度D-乳酸的方法及其专用培养基。上述现有技术发酵时间过长，均在70h以上。这些公开的技术，与L-乳酸生产菌株和方法相比，D-乳酸生产菌株和方法存在发酵时间过长或者产D-乳酸浓度相对较低的缺点，需要进一步开发基于高效D-乳酸生产菌株的生产方法。

发明内容