[发明专利]菊糖芽孢乳杆菌以及采用该菌株发酵制备D-乳酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备D-乳酸的方法。 

本发明涉及一种工业化生产高纯度聚合级D-乳酸的工艺路线，它包含专用菌种、种子和发酵培养基配方，发酵工艺和提取纯化工艺，属于有机酸生物炼制领域。 

背景技术

乳酸(Lactic Acid)是一种重要的有机酸，它在食品、饮料、饲料、现代医药、现代农药、日用化工、造纸及电子等行业具有广泛的应用前景。根据乳酸的旋光性质可分为L-乳酸、DL-乳酸和D-乳酸。近年来，人们以L-乳酸为原料，制成可生物降解的新型环保材料-聚乳酸(PLA)。在全球变暖、石油紧缺、原油价格剧烈波动的大环境下，再生资源特别是生物降解材料受到了更大的关注。其中，聚乳酸材料是第一个形成商业化规模的降解材料，被认为是最有市场价值的可降解新材料。目前开发聚乳酸主要由L-乳酸制备而来，所制备的L型聚乳酸称为PLLA，由于受其性能影响，目前主要应用于普通包装材料和热塑制品。随着D型聚乳酸(PDLA)技术的开发，通过对PLLA中加入一定量的PDLA共混，可形成高结晶性的立构聚乳酸(scPLA)，有更高的溶解温度(230℃，普通聚乳酸为180℃)和更好的机械性能，scPLA可用于高附加值工程塑料应用领域和改善PLA性能拓展其应用领域。在2008年前国际上工业级D-乳酸还未形成产业化，少量的中试D-乳酸产品价格在10～30万元/吨，国内目前还没有提供高品质聚合级D型乳酸产品的生产单位。 

在聚乳酸材料开发之前，D-乳酸的研究未被重视，随着D-乳酸产品应用价值的发现，促进了D-乳酸生产研究的开展。生产乳酸的方法主要有化学合成法和发酵法。其 中化学合成法只能合成DL-乳酸，若要得到L型和D型乳酸还需进行光学拆分，而且合成法原料来自于石油副产物，具有毒性，所以在日常生产中一般不被接受。微生物发酵乳酸以淀粉糖为原料，来源广泛，生产安全性好，成本低，是乳酸主要的生产方式。 

国内有关D-乳酸研究报道较少，南京工业大学丁子建等于2004年首次报道利用芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus sp.)从葡萄糖发酵产D-乳酸的工艺，发酵72小时后产酸40.7g/L，光学纯度96.04％；南京工业大学杨文革等在2006年发表组合发酵生产D-乳酸工艺(中国专利申请号200610097453.6)以乳酸杆菌(Lactobacillus)进行有氧、微氧、厌氧三段组合发酵技术，发酵时间25-38h，产酸达到7.5-13.1％；中国科学院微生物研究所许平等在2007年发表半连续法发酵生产D-乳酸工艺中国专利申请号200710176056.2。 

上述公开的技术，由于主要局限于菌种和局部发酵条件的探索等原因，未深入涉及到工业化生产工艺以及D-乳酸的提取纯化技术的开发，与工业化有较大距离，所以目前均未能工业化实施。 

发明内容

本发明的目的是提供一种菊糖芽孢乳杆菌以及采用该菌株发酵制备D-乳酸的方法，以实现工业化发酵生产D-乳酸。 

用于生产本发明的D-乳酸的微生物-菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)为一种属于芽孢乳杆菌属的菌种，进一步鉴定种名为菊糖芽孢乳杆菌，该菌种从东北菊糖厂粗制菊糖粉中分离而得，其于2010年7月7日，在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号 邮编：100101)，保藏号为CGMCC No.3997。 

所述的菊糖芽孢乳杆菌(Sporolactobacillus inulinus)具有下述性质： 

1)形态特征：杆状、单个或成对，形成内生孢子，少量周生鞭毛，运动。 

在含有葡萄糖、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨的琼脂平板上形成细小的针状菌落。 

2)生理生化特征：革兰氏阳性，微耗氧。不形成吲哚，不液化明胶，不还原硝酸盐，石蕊牛奶不变。 

能利用果糖、葡萄糖、菊糖、棉子糖、麦芽糖、甘露糖、海藻糖、蔗糖产酸，不能利用木糖、半乳糖、阿拉伯糖产酸。 

10℃以下和45℃以上不生长，最适生长温度35-40℃。 

根据东秀珠等《常见细菌系统鉴定手册》(科学出版社2001)报道的方法进行鉴定，所述的菌种属于芽孢乳杆菌属的菌种，但是，又与“伯杰细菌鉴定手册”(第八版)中菊糖芽孢乳乳杆菌有明显区别，其“伯杰细菌鉴定手册”(第八版)中菊糖芽孢乳乳杆菌与菊糖芽孢乳杆菌形态和生理生化特征比较如表1所示： 

表1