[发明专利]一株发酵甘蔗糖蜜生产D-乳酸菌株及其发酵方法

说明书

技术领域

本发明属于有机酸发酵技术领域，具体涉及一株发酵甘蔗糖蜜生产高光学纯度D-乳酸的德式乳杆菌Lactobacillus delbrueckii LACD01，以及其发酵甘蔗糖蜜生产D-乳酸的方法。

背景技术

D-乳酸是多种手性物质的前体，广泛应用于制药、高效低毒农药及除草剂、化妆品等领域的手性合成。而随着新型生物材料的普及推广，L-乳酸、D-乳酸在新材料方面的应用也有很大的发展。以L，D-乳酸为原料制造的聚乳酸类（PLA）产品具有很好的生物相容性，其光泽度、透明性、手感和耐热性俱佳，且有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，用途十分广泛，可代替硅橡胶、硅油等传统的医用高分子材料制作骨内固定物、细胞培养和医用手术缝合线等医用材料；可代聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等材料生产新型环保包装材料。而与一般生产的第一代PLA^[1]相比，D-乳酸和L-乳酸按一定规则排列聚合而成的第二代PLA^[2]（sbPLA、scPLA）具有更高的耐热性（Tm值分别由一代PLA的160℃增至220℃、230℃）、力学强度和韧性等。作为第二代PLA的原料，要求D-乳酸光学纯度必须在98%以上，当前对高光学纯度D-乳酸的需求量在不断增加。

D-乳酸的制备方法主要有化学合成-手性拆分法、酶转化法和生物发酵法。微生物发酵生产D-乳酸是以淀粉、葡萄糖等原料经微生物发酵而得，与其它两种方法相比较，微生物发酵法可以生产高光学纯度的D-乳酸，并且避免了前者的工艺复杂、成本高以及环境污染等问题。因此，D-乳酸的规模化生产90%以上采用生物发酵法。

目前，工业上生物法生产D-乳酸的主要原料是玉米等粮食淀粉，但是玉米等粮食作物资源有限，不符合发酵原料不与人争粮，不与粮争地的国家发展战略要求，危及国家的粮食安全。随着人口增长，耕地减少以及水资源短缺等因素影响的不断增大，玉米产量趋于稳定而需求量与日俱增，必将导致其价格的上升。据《2011-2015年中国乳酸行业市场发展及前景预测报告》中预测，“十二五”期间玉米产量年均增长率将从“十五”期间的5.6%降低至2%。因此，如何利用廉价的非粮原料（甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、木薯等）是目前研究的热点，对新一代的D-乳酸发酵技术具有重要意义。

糖蜜作为制糖工业的副产物，其来源广，全球糖蜜产量已经突破6000万吨，而糖蜜的销量不到一半，这也导致糖蜜价格不断下降，目前国内价格仅约800元每顿。糖蜜中的成分约为30%（w/w）蔗糖、3.2%葡萄糖、10.8%果糖、2.5%碳水化合物、9.6%灰分、8.9%重金属离子（铁、锌、铜、锰、镁、钙等）、4.6%盐分、4.3%蛋白类、0.06%脂类和大量的胶体物质以及少量有机酸、维生素^[3]。其含糖量达40%以上，同时蔗糖、葡萄糖和果糖能被大多数乳酸菌直接利用^[4]。当前工业上利用发酵法产乙醇的原料主要是糖蜜（占约90%）^[5]。由此可见以糖蜜为原料发酵产高光学纯度（98%以上）D-乳酸具有很大的潜力。国外关于发酵糖蜜生产D-乳酸技术已有多篇报导，如Luciana Fontes Coelh等[6]以肠膜明串珠菌Leuconostoc mesenteroides B512发酵糖蜜产D-乳酸产量达到60.2g/L，D.S.Joshi等^[7]利用乳酸乳杆菌Lactobacillus lactis同样实现了以糖蜜为原料发酵生产D-乳酸。然而国内还没有乳酸菌发酵糖蜜产D-乳酸的报导，因此，开发国内自主的发酵糖蜜生产高光学纯度D-乳酸菌株及其发酵糖蜜技术，具有迫切的现实意义和应用价值。

[1]曹晓秀，樊玲，于波，朱可新，郭晓，何勇，一种聚乳酸制备的方法，200710131099.9

[2]刘焱龙，项盛，冯立栋，孙彬，边新超，陈学思，高耐热高韧性聚乳酸树脂组合物及其制备方法，201210421424.6

[3]Ye Ni，Yun Wang，Zhihao Sun，Butanol Production from Cane Molasses by Clostridium saccharobutylicum DSM13864：Batch and Semicontinuous Fermentation，Appl Biochem Biotechnol，2012，166：1896–1907.