[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于发酵工程技术领域，特别是涉及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。

背景技术

乳酸(lactic acid)，学名为α-羟基丙酸(d-hydroxy-propionic acid)，乳酸的化学分子式子为C₂H₅OCOOH，是一种简单的羟基酸。乳酸分子中有一个不对称的碳原子，因此乳酸具有旋光性。L-乳酸为左旋性，D-乳酸为右旋性，DL-乳酸为消旋性。近年来，乳酸的衍生物聚乳酸引起了人们广泛关注，其物理性能与聚苯乙烯非常相似，它除了具有以石油化学品为原料的塑料材料的优异特性外，还有最大的特点是生物可降解性，即在自然界中可自然降解，不造成环境污染，解决了为世界环保所困扰的白色污染问题。但是纯聚L-乳酸(PLLA)的许多性能不稳定，而加入适当比例的聚D-乳酸进行聚合，可以提高性能，拓宽了聚乳酸的应用范围。D-乳酸作为一个手性中心，是合成多种手性物质的前体，在低毒农药、除草剂和化妆品等领域的手性物质合成中具有重要的应用。

丁子建等(丁子建等，生物加工过程，第2卷，第3期，30-36页，2004)首次报道了采用芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus sp.)从葡萄糖发酵制备D-乳酸，发酵72小时可产40.7克/升的D-乳酸，葡萄糖转化率67.8％。中国专利CN200610097453.6公开了一种组合发酵生产D-乳酸的工艺，产酸7.5％～13.1％。中国专利CN 200710176056.2报道了利用菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillusinulinus)半连续发酵生产D-乳酸，该发明方法获得的D-乳酸的浓度最高可达162克/升。中国专利CN200810098908.5报道了芽孢乳杆菌Sporolactobacillus sp.Y2-8菌株及其发酵生产D-乳酸的工艺，发酵液中D-乳酸含量达9.1％～16.5％，D-乳酸光学纯度达99.1％。中国专利CN200810116194.6报道了植物乳杆菌生产D-乳酸，发酵液中总乳酸浓度为18％，D-乳酸光学纯度84～86％。目前报道的发酵法生产L-乳酸浓度可达190克/升，光学纯度可达99％以上(中国专利CN200710176060.9)。与L-乳酸相比，发酵法生产D-乳酸的浓度和光学纯度还需要进一步提高。

由于乳酸发酵生产通常采用酵母抽提物作为氮源，在一定程度上提高了乳酸的生产成本。针对这一问题，目前国内有采用较为廉价的玉米浆、豆粕水解液等作为氮源替代酵母抽提物。豆粕等廉价大分子蛋白通常不能直接用作乳酸发酵的氮源，而需经过酸解等预处理，使大分子蛋白分解为短肽和氨基酸等小分子，以利于乳酸生产菌株的利用。酸解过程不仅需要耐酸的设备，还需要在较高温度下进行，消耗大量能量。同时高温和酸性环境对氨基酸等营养物质有一定的破坏作用。蛋白酶能够将大分子蛋白降解为小分子肽和氨基酸。与酸解过程相比，酶解过程条件更加温和，有利于保存蛋白水解液中的有效成分。通常情况下，作为发酵氮源的蛋白水解预处理过程与发酵过程分离，水解过程需要单独的场地、设备和操作，增加了整个发酵生产过程的设备投入和操作复杂程度。如果能将蛋白水解过程与发酵过程相整合，使蛋白酶解和乳酸发酵同时在发酵罐中进行，就能够省去单独的蛋白酶解操作，从而节省场地和设备投资，有利于降低D-乳酸生产成本。

花生粕是从花生仁经压榨提炼油料后的产品，富含植物蛋白。我国花生的分布非常广泛，在世界上我国花生产量位居前列。花生粕作为另一种分布广泛、高产量、含氮量丰富的廉价氮源，还没有用于D-乳酸发酵生产的报道。

发明内容

本发明提供了利用花生粕同步酶解发酵生产高浓度D-乳酸的专用培养基。

本发明所提供的专用培养基，是以花生粕作为有机氮源的发酵培养基。

在所述专用培养基中还添加有蛋白酶，以将花生粕中的蛋白酶解为小分子肽和氨基酸，并使花生粕酶解过程与发酵生产D-乳酸同步进行。

具体来讲，所述专用培养基包括：工业葡萄糖135～150克/升，花生粕20～40克/升，中性蛋白酶或风味蛋白酶或复合蛋白酶0～0.5克/升，余量为水；所述培养基的pH为5.5～6.5。

所述专用培养基中还可添加有pH调节剂，优选为碳酸钙，其在发酵培养基中含量为70±2克/升。

本发明的第二个目的是提供一种操作简便、纯度较高的利用花生粕同步酶解发酵生产高浓度D-乳酸的方法。