[发明专利]一种L-乳酸催化反应体系及L-乳酸的制备方法

说明书

本发明提供了一种L‑乳酸催化反应体系及L‑乳酸的制备方法，所述L‑乳酸催化反应体系含有葡萄糖脱氢酶、二羟酸脱水酶、2‑酮‑3‑脱氧葡萄糖酸醛缩酶、甘油醛脱氢酶和L‑乳酸脱氢酶，利用所述反应体系的5个酶，以葡萄糖为原料，在一个反应器中进行级联酶促催化反应即可得到L‑乳酸，不需要添加ATP。

技术领域

本发明涉及L-乳酸的酶催化生产领域，尤其是一种L-乳酸催化反应体系及L-乳酸的制备方法。

背景技术

乳酸又名α-羟基丙酸，因含一个不对称碳原子，分为D-乳酸和L-乳酸。乳酸在食品、医药、生物降解塑料和化妆品行业有较好的应用。乳酸在食品业中的应用主要是作为酸味剂的使用，并且在酿造工业作为抑菌剂和风味调节剂使用。乳酸在医药行业可以直接配制成药，而乳酸盐可作为消毒剂使用。因为L-乳酸中含有羟基和羧基，因此有自动酯化能力，脱水聚合成聚L-乳酸，高度光学异构的聚L-乳酸在骨外科、人造手术缝合线、血管外科及药物缓释材料方面都有良好的应用前景。经研究发现，以乳酸为原料合成的乳酸聚合物具有较好的生物降解性，因此可以作为新型环保材料，具有广泛的市场前景，也符合我国可持续发展，建设环境友好型社会的战略和理念。因为乳酸的钠盐和钙盐具有较好的保湿效果，并且可以改善皮肤组织结构，因此乳酸在化妆品行业有着广泛的应用。到目前为止，乳酸的生产方法主要有发酵法、化学合成法和酶法。发酵法主要是以糖源为底物通过菌体代谢生产乳酸，主要有同型和异型乳酸菌发酵，因为乳酸菌对生长环境的要求苛刻，反应过程不易控制，成为发酵法生产乳酸的限制因素。化学合成法生产乳酸主要有乳腈法、丙烯腈法和丙酸法。以乳腈法为例，该法是以乙醛和氢氰酸为原料，经过粗乳酸、蒸馏提纯、浓硫酸水解等步骤生产乳酸，生产过程产生大量的有毒有害物质，对环境危害较大，不利于可持续发展。酶法主要有氯丙酸酶法转化和丙酮酸酶法转化。氯丙酸酶法是以DL-2-氯丙酸为底物生产L或D-乳酸，该法底物较贵不易于工业化生产。因此需要开发一种投资成本低，转化率高，无污染的新型生产方式进行乳酸的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种L-乳酸催化反应体系。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供应用上述L-乳酸催化反应体系的L-乳酸的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种L-乳酸催化反应体系，含有葡萄糖脱氢酶、二羟酸脱水酶、2-酮-3-脱氧葡萄糖酸醛缩酶、甘油醛脱氢酶和L-乳酸脱氢酶。

优选地，上述L-乳酸催化反应体系，每1mL反应体系中酶的添加量为：1U/mL的葡萄糖脱氢酶，2U/mL的二羟酸脱水酶，1U/mL的2-酮-3-脱氧葡萄糖酸醛缩酶，1U/mL的甘油醛脱氢酶，1U/mL的L-乳酸脱氢酶。

上述L-乳酸催化反应体系中的任何一种酶还可以为任何一种具有同等功能的酶所替换。

利用上述反应体系所提到的5个酶，以葡萄糖为原料，在一个反应器中进行级联酶促催化反应得到L-乳酸，具体反应过程为：

由葡萄糖脱氢酶(Glucose dehydrogenase，EC 1.1.1.47)催化葡萄糖生成葡萄糖酸；

由二羟酸脱水酶(Dihydroxy acid dehydratase，EC 4.2.1.9)催化葡萄糖酸生成2-酮-3-脱氧葡萄糖酸；

由2-酮-3-脱氧葡萄糖酸醛缩酶(2-keto-3-desoxygluconate aldolase，EC4.1.2.14)将2-酮-3-脱氧葡萄糖酸转化为甘油醛和丙酮酸；

由甘油醛脱氢酶(Glyceraldehyde dehydrogenase，EC 1.2.1.3)催化甘油醛生成甘油酸；

由二羟酸脱水酶(Dihydroxy acid dehydratase，EC 4.2.1.9)催化甘油酸生成丙酮酸；