[发明专利]一种转化甘油制备乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乳酸，尤其是涉及一种转化甘油制备乳酸的方法。

背景技术

乳酸，学名为α-羟基丙酸，分子式为C₂H₅OCOOH，是一种重要的、多用途的生物基平台化合物，被广泛应用于食品、医药、日用化工和有机化工等领域，其中最重要的工业应用是用于合成可降解聚合物——聚乳酸(PLA)。这种高分子材料不仅具有良好的化学惰性和易加工性，而且具有良好的生物相容性，广泛用于制造人造骨骼、手术缝合线、包装材料、日用塑料制品、农用地膜、家用装饰品等物品。目前，乳酸的合成方法主要有三种，即化学合成法、酶法和微生物发酵法。其中，微生物发酵法制备乳酸具有原料来源广泛、生产成本低、产品光学纯度高等优点，是生产乳酸的主要方法，在全球乳酸生产中，仅有10％是由化学合成法生产的，其余90％都是由微生物发酵法生产。

21世纪，石油供需矛盾日益尖锐，石油化工及石化燃料燃烧造成的环境问题日益突出，开发新的对环境无害的可再生能源日益得到各国的重视。生物柴油是一种环境友好的生物燃料，在使用中可部分或全部替代石化柴油。近年来，生物柴油产业异军突起，飞速发展，而废甘油是生物柴油生产过程中的主要副产物，每生产1吨生物柴油会副产0.1吨废甘油。随着世界范围内生物柴油需求量和生产量的迅猛增长，废甘油成为丰富而廉价的原料，对它的有效利用也成为紧迫的课题。

目前，以甘油为原料制备乳酸主要有两种方法：

1.化学法转化甘油制备乳酸：中国专利200810057540.8公开了一种化学法转化甘油制备乳酸的方法，其特点是以甘油为原料，在反应压力为1～15atm、反应温度为20～140℃、反应时间为0.5～48h，在催化剂和氧化剂存在的碱性条件下，反应得到乳酸。该方法需要使用贵金属作为催化剂，生产成本较高，另外反应过程中需要大量使用碱，会对环境造成污染。

2.微生物发酵甘油制备乳酸：中国专利200810102824.4公开了一种微生物发酵甘油制备乳酸的方法，该方法所使用的菌种为克雷伯氏杆菌、大肠杆菌或粪肠球菌，三者均为条件致病菌，存在生物安全性方面的隐患，另外，该方法需对发酵培养基进行灭菌，能耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备乳酸的菌种戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)R3-8。

本发明另一目的在于提供一种转化甘油制备乳酸的方法。

所述菌种为戊糖乳杆菌(Lactobacilluspentosus)R3-8，是一种益生菌，从土壤样品中筛选得到，已于2011年3月31日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC，地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)，该保藏中心登记入册编号为CGMCC No.4726。

所述转化甘油制备乳酸的方法的具体步骤为：

将戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)R3-8接入含有甘油的种子培养基中培养，然后把种子液加入含废甘油浓度50～100g/l的发酵培养基中进行微氧发酵，发酵过程中通入空气，搅拌，流加废甘油，使发酵液中甘油浓度控制在10～30g/l，同时流加6～8M碱溶液，控制pH值为5.0～7.0，发酵过程中测定菌体干重浓度、甘油和乳酸浓度，当菌体干重浓度低于1.5g/l时，停止流加甘油，结束发酵。

所述种子培养基(g/L)为：蛋白胨10，酵母膏5，K₂HPO₄2，乙酸钠5，纯甘油20，pH6.5，0.1MPa灭菌20min。

所述发酵培养基(g/L)为：蛋白胨10，酵母膏6，K₂HPO₄1.5，乙酸钠6，废甘油(甘油含量96％w/w)80，CaCO₃(单独灭菌)30，pH 6.5，0.1MPa灭菌20min。

所述培养的温度可为30～40℃，培养的时间可为6～12h。

所述废甘油可为生物柴油生产过程中的副产物。

所述微氧发酵的温度可为30～45℃，所述发酵过程中通入空气可通入0.6～1.5vvm。所述搅拌的转速可为150～400rpm。

本发明的突出优点在于：

1)本发明所用发酵培养基无需进行灭菌，可直接用于发酵。

2)本发明使用微生物将廉价原料废甘油转化为具有高附加值的生物基平台化合物乳酸，找到了一条有效利用废甘油的出路。

3)本发明所用菌种为益生菌，无生物安全性方面的隐患。