[发明专利]抑制乙醇产生的重组耐酸酵母以及使用其制备乳酸的方法

说明书

本发明涉及耐酸酵母，其被赋予了乳酸产生能力，其中丙酮酸盐向乙醛的转化被抑制，因此乙醇的产生途径受到抑制。本发明还涉及使用该耐酸酵母制备乳酸的方法。

技术领域

本发明涉及一种使用重组耐酸酵母制备乳酸的方法，其中乙醇的产生被抑制，更特别地，涉及一种耐酸酵母，其被赋予了乳酸产生能力，并且其中由于抑制了丙酮酸盐(pyruvate)向乙醛的转化，乙醇的产生途径受到抑制，本发明还涉及使用该耐酸酵母制备乳酸的方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是可生物降解的聚合物，其通过将乳酸转化为丙交酯并进行丙交酯的开环聚合而产生，并且作为生产聚乳酸的原料的乳酸是通过发酵产生的。PLA可广泛用于一次性食品容器，其强度使其可单独使用或以组合物或共聚物形式用作包括汽车工业在内的工业领域中的各种工业塑料。此外，PLA是近来在3D打印中使用的代表性聚合物。特别是，PLA是一种环保聚合物，当在3D打印机中使用时，它产生的有害气体和气味更少。这种可生物降解的聚合物是一种很有前途的聚合物，其可以解决由于废塑料和微塑料而加速环境破坏的现实问题，该问题最近已成为全球性问题。发达国家大力推广PLA的采用，并为提高单体乳酸的产率做出了努力，以便以较低的成本生产PLA。

在传统的乳酸生产工艺中，使用乳酸菌来生产乳酸，并且在进行发酵的同时使用诸如各种Ca盐/Mg盐或氨之类的中和剂将pH调节到6至8的中性pH，以防止菌株由于乳酸菌产生的乳酸的积累而死亡或停止生长。发酵完成后，分离出微生物，并且由于乳酸的盐形式难以在水中分离并转化为丙交酯，因此添加硫酸以将乳酸盐转化为乳酸，同时去除CaSO₄形式的Ca盐。在该过程中，产生的副产物CaSO₄的量比乳酸要多，并且降低了工艺的经济性。

同时，乳酸具有L-旋光异构体和D-旋光异构体。在很多情况下，主要产生L-乳酸的乳酸菌也产生约5-10％的D-乳酸，并且主要产生D-乳酸的菌株以同时产生D-乳酸和L-乳酸的形式和以同时产生D-乳酸和乙醇的形式存在，表明存在多种微生物群落(EllenI.Garvie,Microbiological Reviews,106-139,1980)。

在这些乳酸旋光异构体中，D-乳酸主要用于医学/药物递送应用，但已发现，当将D-乳酸用于PLA的生产时，D-丙交酯在提高结晶速率的同时改善了热性能。另外，当在各种加工条件下将纯的L型聚合物和纯的D型聚合物混合以在结构上形成立构复合物PLA时，发现了比现有的PLA和PE/PP具有更高耐热性的新聚合物。因此，对提高D-乳酸的结晶度并由此提高PLA的性能的方法的研究和商业化迅速发展，并且PLA的应用范围已经扩大。

PLA通常是通过发酵产生乳酸，然后通过纯化工艺转化为丙交酯的工艺来生产。为了转化为丙交酯，需要将乳酸转化为氢化形式的工艺，并且由于中性发酵中的pH通常为6至7，因此需要使用大量的硫酸来调节至酸性pH。在该过程中，产生大量的中和盐，并且由于中和盐的价值低以及去除该中和盐的工艺的投资成本，导致经济效率下降。

同时，就自然产生乳酸的乳酸菌(Lactobacillus)而言，应使用大量昂贵的营养物作为培养基才能在商业水平上生产乳酸。这些过多的营养成分极大地阻碍了下游聚合工艺或当丙交酯用作中间体时进行的丙交酯转化工艺。因此，为了获得高收率和高纯度的聚合物或其前体，需要诸如吸附、蒸馏和离子交换之类的纯化工艺成本，因此这些营养成分导致高的生产成本。为了解决这个问题，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，酵母也容易生长和发酵，并且还具有高的耐酸性。

如果使用在酸性条件下生长良好的酵母(以下称为耐酸酵母)来生产乳酸，则在发酵过程中不必使用中和剂将培养基的pH维持在6至7，因此，简化了发酵工艺，并且消除了对去除中和剂的下游纯化工艺的需要。此外，由于酵母本身会产生许多代谢所必需的成分，因此它甚至可以在与细菌培养基尤其是乳酸菌培养基相比营养水平相对较低的培养基中培养，因此可以省去许多下游纯化工艺，从而大大降低了生产成本。