[发明专利]一种以氢氧化钠作为中和剂生产D-乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种发酵生产D-乳酸的方法，特别涉及一种以氢氧化钠作为中和剂培养菊糖芽孢乳杆菌（Sporolactobacillus inulinus）生产高光学纯D-乳酸的方法。

背景技术

乳酸又称丙醇酸，分子式C₃H₆O₃（CH₃CHOHCOOH）。由于乳酸分子中存在一个不对称的碳原子，因此具有光学异构现象，从而分为D-型和L-型两种。其生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法，化学法只能合成DL-乳酸，而发酵法根据所采用的菌株的不同，可以合成单一的L-乳酸、D-乳酸或者DL-乳酸。目前，约90%的乳酸是通过微生物发酵法生产的。用乳酸生产生物降解塑料，在我国具有极大的市场发展潜力，目前已成为开发的热点项目。但是，由光学纯L-乳酸制得的聚乳酸在强度、热稳定性等方面尚需进一步的改进才能适应更为广泛的应用的需要。有报道称，由聚L-乳酸和聚D-乳酸混合而成的聚乳酸与聚L-乳酸相比具有更佳的结构和性能。D-乳酸作为一种基本有机化工原料，在医药、农药、化工等方面均有十分广泛的应用。尤其是作为下一代生物可降解塑料聚乳酸的单体，正在引起全球大公司和科学家的高度关注。全球D-乳酸的需求量每年都以6%～8%的速度增长，目前全世界D-乳酸的产量为1.6万吨，而D-乳酸的需求量约2.6万吨，由此可见，D-乳酸的市场前景广泛。随着全球性的能源和资源供求关系的日益紧张，以可再生生物质原料的高浓度、高光学纯D-乳酸生物制造势在必行。发展光学纯D-乳酸生物制造技术，将会促进可降解材料——聚乳酸的发展，对实施石油替代战略，确保国家能源与资源安全具有极为重要的作用。

目前，从发酵液中提取乳酸的传统的方法是采用乳酸钙的结晶和硫酸酸化的工艺。但该工艺的主要缺点是工艺流程长、化工原料消耗多、产品回收率低，而且产生的硫酸钙对环境产生不利的影响。多年来，人们试图寻找其他的可行的提取工艺，主要有酯化法、溶剂萃取法、吸附法、离子交换法和电渗析法等，其中电渗析法技术比较成熟。但是在乳酸的发酵过程中，由于乳酸的积累pH值不断的下降，为了提高产率，需要在发酵液中添加中和剂，如CaCO₃、NaOH和NH₄OH等，其中CaCO₃是最常用的，因为乳酸钙对菌体的胁迫要远远的低于乳酸钠，但在后续的提取过程中利用传统的中和剂（碳酸钙）来进行乳酸发酵时，膜分离技术就会存在很大的弊端—形成的氢氧化钙会吸附在膜上，增加膜的阻力，降低了电流效率，从而造成堵塞和污染膜。所以国内外对于乳酸钙的电渗析转化并不多见，最常见的是乳酸钠的转化。在实验条件下，电渗析器的电流效率接近1，乳酸钠的转化率可以达到95%。在工业条件下，应用双极膜电渗析法转化乳酸钠生产乳酸的方法对环境影响小，能降低乳酸的生产成本。但目前利用NaOH为中和剂来生产乳酸的菌种并不多，且还没有生产D-乳酸的报道。

发明内容

本发明是目的是提供一种氢氧化钠的新用途，以及发酵生产D-乳酸的方法。

本发明所提供的氢氧化钠的新用途，具体为氢氧化钠在作为中和剂发酵生产D-乳酸中的应用。

本发明所提供的发酵生产D-乳酸的方法，具体可包括如下步骤：将芽孢乳杆菌（Sporolactobacillus sp.）接种到发酵培养基中进行发酵培养，并在所述发酵培养过程中以氢氧化钠作为中和剂控制发酵液（发酵体系，即发酵容器中的所有物质）的pH，得到D-乳酸。

在所述方法中，在所述发酵培养过程中，用所述氢氧化钠控制所述发酵液的pH恒定为5.0-7.0，如6.0-7.0，再如6.5。具体是通过流加15M的氢氧化钠水溶液来进行恒定控制的（氢氧化钠是通过pH探头检测自动流加到发酵液中的）。

在所述方法中，所述发酵培养基的碳源可为葡萄糖；所述葡萄糖在所述发酵培养基中的终浓度可为50-60g/L（如50g/L）。

在所述方法中，所述发酵培养基的氮源可为花生粕；所述花生粕在所述发酵培养基中的终浓度可为30-50g/L（如40g/L）。在本发明的一个实施例中，所述花生粕为北京康明威培养基技术有限责任公司产品，其产品目录号为38210000。