[发明专利]具有受抑制的乙醇产生途径的耐酸酵母及使用其生产乳酸的方法

说明书

本发明涉及一种具有乳酸产生能力并且具有受抑制的乙醇产生途径的耐酸酵母，以及使用该耐酸酵母生产乳酸的方法。根据本发明，通过有效地抑制耐酸酵母中乙醇的产生，并且通过以强表达和高效率表达LDH酶，即使在低pH下也可以以高收率生产乳酸而不损害生长。

技术领域

本发明涉及一种使用具有受抑制的乙醇产生途径的耐酸酵母来生产乳酸的方法，更具体地，涉及一种具有乳酸产生能力并且具有受抑制的乙醇产生途径的耐酸酵母，以及使用该耐酸酵母生产乳酸的方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是可生物降解的聚合物，其是通过将乳酸转化为丙交酯并在其上进行开环聚合反应而制备的。原料乳酸是通过发酵生产的。PLA广泛用于一次性食品容器中，并且具有可单独使用或在塑料中以组合物或共聚物的形式用于包括汽车行业在内的各种行业的优点。此外，它是近年来在3D打印中使用的代表性聚合物，并且是一种环保聚合物，当用于3D打印机时，它会产生较少量的有害气体和气味。这种可生物降解的聚合物是一种有前途的聚合物，它可以减少近年来已成为全球性问题的废塑料和塑料微粒对环境破坏的加速作用，并且在发达国家中其使用正在增加。为了以较低的成本生产PLA，正在努力提高乳酸作为单体的生产率。

传统的乳酸生产方法是使用乳酸菌进行的，包括进行发酵，同时使用各种形式的Ca盐或中和剂(例如氨水)保持6-8的中性pH，以防止由于产生的乳酸和乳酸菌的积累而导致细菌死亡或减慢其生长。当发酵完成时，分离微生物，并添加硫酸以将乳酸盐转化为乳酸并将乳酸转化为丙交酯，同时由于难以从水中分离盐而将Ca盐以CaSO₄的形式去除。在该方法中，产生的副产物CaSO₄的量大于乳酸的量，因此降低了工艺效率。

同时，乳酸具有L型旋光异构和D型旋光异构体。有各种各样的微生物群(microbial group)，例如，主要产生L型旋光异构体的乳酸菌通常也产生约5-10％的D型旋光异构体，而主要产生D型旋光异构体的菌株包括同时产生D型旋光异构体和L型旋光异构体的菌株、同时产生D型旋光异构体和乙醇的菌株等(Ellen I.Garvie,MicrobiologicalReviews,106-139,1980)。

在这些光学异构乳酸中，D型主要仅用于医疗和药物递送，但是当应用于PLA时，随着由于D型丙交酯导致的结晶速率增加，观察到热性质的改善。当根据纯L型聚合物和纯D型聚合物的组合加工条件在结构上形成立构复合PLA时，发现了比PE/PP以及常规的PLA具有更高耐热性的新型聚合物。因此，关于由D型引起的结晶度增加以及通过其提高PLA的物理性能的研究和商业化正在积极进行，并且PLA的应用领域正在扩大。

通常，PLA通过发酵产生乳酸，然后将通过纯化工艺产生的乳酸转化为丙交酯。为了转化为丙交酯，需要将乳酸转化为氢化形式的工艺，并且中性发酵的pH通常为6-7，因此使用大量的硫酸将中性pH改变为酸性pH。在该工艺中，产生大量的中和盐，并且由于中和盐的价值低以及投资于去除这些中和盐的工艺的成本，经济可行性降低。

同时，就自然产生乳酸的乳酸杆菌(Lactobacillus)而言，为了工业化生产乳酸，必须使用大量昂贵的营养物作为培养基。营养成分的这种过度使用极大地阻碍了下游聚合工艺或丙交酯用作中间体的情况下的丙交酯转化工艺，为了获得高产率和高纯度的聚合物或其前体，需要进行纯化工艺(例如吸附、蒸馏和离子交换)的费用，因此进一步增加了生产成本。为了解决这些问题，已经提出了使用酵母的研究。众所周知即使使用廉价的营养物，酵母也能进行生长/发酵，并且对酸性条件具有高度的抵抗力。

当使用在酸中生长良好的酵母生产乳酸(以下称为“耐酸酵母”)时，在发酵工艺中无需使用中和剂将培养基的pH维持在6-7，因此简化了发酵过程，并且不需要用于去除中和剂的下游纯化工艺。此外，酵母本身会产生代谢所需的许多成分，因此与细菌(尤其是乳杆菌)相比，可以在营养物水平相对较低的培养基中进行培养，从而消除了下游纯化工艺，并显著降低了生产成本。