[发明专利]一株高温发酵生产乳酸的菌株及生产乳酸的方法

说明书

本发明提供了一株高温发酵生产乳酸的菌株及生产乳酸的方法，菌株命名为：E.faecalis DUT1805，利用该菌株在梯度升温的方式下高温发酵葡萄糖生产乳酸，梯度升温为37‑40‑45‑50℃梯度或37‑40‑45‑50℃‑55℃梯度，从37℃升温至50℃或55℃，整体升温所需时间为2h、4h、6h或8h。E.faecalis DUT1805具有高生产强度和乳酸转化率；同时，E.faecalis DUT1805无需梯度升温可在50℃高温下直接代谢生物质原料如稻谷粉或玉米秸秆水解液转化生产乳酸。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一株高温发酵生产乳酸的菌株及利用该菌株生产乳酸的方法。

背景技术

乳酸，也称为α-羟基丙酸，是三大有机酸(羧酸，羟基酸，酮酸)之一，是重要的精细化学品，是美国能源部确定的石油替代战略12个平台化合物之一(张丽，生物加工过程，2018，16(4):23-29)。乳酸广泛应用于食品、化工、医疗等领域，其中，以乳酸为单体合成聚乳酸，是乳酸最具前景的应用(Andrea Komesu et al.,BioResources,2017,12(2):4364-4383)。随着石油资源等不可再生资源的枯竭，白色污染、温室效应等环境的恶化，构建资源循环型、环境友好型、可持续发展的发展模式已成为大势。其中，推动生物可降解高分子材料的开发和推广是重要举措之一，聚乳酸作为目前第一个工业化生产的生物可降解材料，被称为最具潜力的生物材料之一(王跃，生物产业技术，2017，6:17-22)。

目前乳酸的生产菌种研究较多的主要包括乳酸菌(Lactic acid bacteria)、芽孢杆菌(Bacillus strains)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、米根霉(Rhizopus oryzae)等，均以葡萄糖作为碳源，生产成本相对较高。生物质原料具有廉价、易得等优势，因而成为乳酸生产的新原料。它主要包括糖基原料(甘蔗、甜菜等)、纤维类原料(秸秆，稻草，木头和稻壳等)和淀粉质原料(薯类、谷物等)。有关生物质原料生产乳酸的报道有很多，乳酸片球菌DQ2在48℃下，通过玉米秸秆可获得101.9g/L的乳酸(Kai Zhao et al.,Bioresource Technology,2013,135:481-489)；粪肠球菌SI在42℃下，通过木质纤维素原料可获得59.8g/L的乳酸，转化率可达到0.95g/g(Shuo-Fu Yuan etal.,Journal of Industrial MicrobiologyBiotechnology,2018,45(11):961-970)；芽孢杆菌LA204在50℃下，利用通过玉米秸秆获得97.6g/L的乳酸(Jinlong Hu et al.,Bioresource Technology,2015,182:251-257)；米根霉DMKU 33在40℃下，通过木薯粉获得84.0g/L的乳酸(Srisakul Trakarnpaiboon et al.,Process Biochemistry,2017,63:26-34)。已有的报道可知，通过生物质原料生产乳酸一般采用高温发酵，使用的菌株主要有耐热乳酸菌、芽孢杆菌和米根霉这三大类。

高温发酵是强化木质纤维素或稻谷等原料同步糖化的重要途径之一，这种优势主要表现在以下方面：

(1)纤维素酶或淀粉酶方面：目前纤维素酶和淀粉酶最适作用温度分别都在50℃和60℃。常规温度同步发酵，降低了纤维素酶或淀粉酶的活性，从而需要增加纤维素酶或淀粉酶用量。

(2)发酵性能方面：高温条件利于木质纤维素或稻谷等原料的糖化，实现更好更快的传质。同时，高温微生物能够耐受大型反应器所造成的温度分布不均和波动，利于菌种发酵性能的提升。

(3)生产成本方面：高温发酵能够明显降低冷却成本，特别是在高温季节和热带地区。同时，高温发酵显著降低了染菌的风险。

基于高温发酵的优势，目前报道的粪肠球菌发酵乳酸的温度最高只能达到42℃，因此期望得到一株更耐高温的发酵生产乳酸的菌株。

发明内容