本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法，包括如下步驟：將芽孢乳桿菌（Sporolactobacillus?sp.）接種到以棉籽蛋白作為唯一氮源的發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，所得發(fā)酵液中即含有D-乳酸；所述棉籽蛋白在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度為10-60g/L；所述芽孢乳桿菌（Sporolactobacillus?sp.）為左旋芽孢乳桿菌（Sporolactobacillus?laevolacticus）。本發(fā)明專利技術(shù)所提供的發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法大大降低了原料成本，且酶解過程和發(fā)酵過程同步進(jìn)行，大大簡化了操作步驟，本發(fā)明專利技術(shù)在分批補(bǔ)料發(fā)酵中，發(fā)酵時間為35h，發(fā)酵液中D-乳酸的濃度可達(dá)144.4g/L，糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到96.1%，D-乳酸的光學(xué)純度達(dá)到99%。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于生物
，涉及一種發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法，特別涉及一種左旋芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus laevolacticus)利用棉籽蛋白同步酶解發(fā)酵生產(chǎn)高光學(xué)純D-乳酸的方法。
技術(shù)介紹
乳酸又稱丙醇酸，分子式C3H6O3 (CH3CH0HC00H),分子量90.07884。由于乳酸分子中存在一個不對稱的碳原子，因此具有光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象，從而分為D-型和L-型兩種。其生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法，化學(xué)法只能合成DL-乳酸，而發(fā)酵法根據(jù)所采用的菌株的不同，可以合成單一的L-乳酸、D-乳酸或者DL-乳酸。目前，約90%的乳酸是通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的。D-乳酸作為一種主要的基本有機(jī)化工原料，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、化工等方面均有十分廣泛的應(yīng)用。尤其是作為下一代高強(qiáng)度生物可降解塑料聚乳酸的單體，正在引起全球大公司和科學(xué)家的高度關(guān)注。全球D-乳酸的需求量每年都以6% 8%的速度增長，目前全世界D-乳酸的產(chǎn)量為1.6萬噸，而D-乳酸的需求量約2.6萬噸，由此可見，D-乳酸的市場前景廣泛。隨著全球性的能源和資源供求關(guān)系的日益緊張，以可再生生物質(zhì)原料的高濃度、高光學(xué)純D-乳酸生物制造勢在必行。發(fā)展光學(xué)純D-乳酸生物制造技術(shù)，將會促進(jìn)可降解材料——聚乳酸的發(fā)展，對實施石油替代戰(zhàn)略，確保國家能源與資源安全具有極為重要的作用。聚乳酸是一種由乳酸聚合而成的生物可降解性高分子聚合物，具有良好的生物相容性和生物可降解性。聚乳酸可用作藥物緩釋材料、手術(shù)縫合線、生物植片、組織修復(fù)材料等。聚乳酸制成的生物可降解纖維，耐熱性175°C，可與聚酯纖維一樣，制成長絲、短絲，用于服裝和非服裝織物，具有天然纖維的吸濕性，較好的手感，又有合成纖維的光滑和舒適挺括。聚乳酸制成的生物可降解塑料，能夠代替PVC、PP塑料，用于塑料食品器具、醫(yī)用服裝、個人衛(wèi)生用品、嬰兒尿布、垃圾袋、`農(nóng)用地膜及各種包裝行業(yè)，從而減少“白色污染”，有利于環(huán)境保護(hù)。用乳酸生產(chǎn)生物降解塑料，在我國具有極大的市場發(fā)展?jié)摿Γ壳耙殉蔀殚_發(fā)的熱點(diǎn)項目。但是，由光學(xué)純L-乳酸制得的聚乳酸在強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等方面尚需進(jìn)一步的改進(jìn)才能適應(yīng)更為廣泛的應(yīng)用的需要。有報道稱，由聚L-乳酸和聚D-乳酸混合而成的聚乳酸與聚L-乳酸相比具有更佳的結(jié)構(gòu)和性能。雖然高純度D-乳酸具有廣闊的市場前景，但目前商業(yè)化的高純度D-乳酸產(chǎn)品很少，高純度D-乳酸的價格也遠(yuǎn)高于L-乳酸的價格。因此，采用廉價的非糧原料生產(chǎn)高純度D-乳酸，具有良好的市場前景，一方面減輕對環(huán)境的壓力，另一方面也會大大提高其經(jīng)濟(jì)價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種棉籽蛋白的新用途，以及發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法。本專利技術(shù)所提供的棉籽蛋白的新用途，具體為棉籽蛋白在發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸中的應(yīng)用。本專利技術(shù)所提供的發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法，具體可包括如下步驟:將芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus sp.)接種到以棉籽蛋白作為唯一氮源的發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，所得發(fā)酵液(發(fā)酵體系，即發(fā)酵容器中的所有物質(zhì))中即含有D-乳酸。在所述方法中，所述棉籽蛋白在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度可為10-60g/L。在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述棉籽蛋白在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度具體為40g/L。在所述方法中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源可為葡萄糖；所述葡萄糖在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度可為50-200g/L，如50-100g/L，再如50_60g/L。在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述葡萄糖在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度具體為50g/L、55g/L、60g/L、68g/L、75g/L或IOOg/L0在所述方法中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基還含有中性蛋白酶；其中，中性蛋白酶的酶活定義為:在測定條件(30±0.2°C ;pH值7.5)下，每分鐘水解酪蛋白釋出的三氯乙酸可溶物在275nm波長的吸光度與I微克酪氨酸的吸光度相當(dāng)時，所需的酶量即為一個活力單位(即1U)，用U/g表示。所述中性蛋白酶用于處理所述棉籽蛋白，釋放氮元素。在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述中性蛋白酶具體為諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品，CAS號為9068-59-1。所述中性蛋白酶在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度為1X104U/L。在所述方法中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基還含有中和劑，所述中和劑具體可為碳酸鈣；所述碳酸鈣在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的含量具體為所述葡萄糖質(zhì)量的60% ;所述發(fā)酵培養(yǎng)基的pH為5.5-6.5。具體的，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的溶劑為水，溶質(zhì)及濃度如下:所述葡萄糖50_200g/L ；所述棉籽蛋白10-60g/L ;所述中性蛋白酶IX 104U/L ;所述碳酸鈣所述葡萄糖質(zhì)量的60% ；PH為5.5-6.5。各濃度為相應(yīng)組分在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度。 更加具體的，在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的溶劑為水，溶質(zhì)及濃度如下:所述葡萄糖50g/L ;所述棉籽蛋白40g/L ;所述中性蛋白酶1X104U/L ;所述碳酸鈣30g/L;pH為5.5。各濃度為相應(yīng)組分在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度。在本專利技術(shù)的另一個實施例中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的溶劑為水，溶質(zhì)及濃度如下:所述葡萄糖60g/L ;所述棉籽蛋白40g/L ;所述中性蛋白酶IX 104U/L ;所述碳酸鈣36g/L ；pH為5.5-6.5。各濃度為相應(yīng)組分在所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的終濃度。在本專利技術(shù)中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基需經(jīng)高壓滅菌，具體為115°C高壓滅菌20min。在上述方法中，所述發(fā)酵培養(yǎng)的溫度可為30_42°C。在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述發(fā)酵培養(yǎng)的溫度具體為37°C。在上述方法中，所述發(fā)酵培養(yǎng)的方式可為三角瓶靜止培養(yǎng)(適于少量發(fā)酵，如50mL)或發(fā)酵罐震蕩培養(yǎng)(適于批量發(fā)酵，如2L);所述發(fā)酵罐震蕩培養(yǎng)的轉(zhuǎn)速為50-100rpm(如50rpm)(旋轉(zhuǎn)半徑為6cm)；在上述方法中，所述發(fā)酵培養(yǎng)的時間可為24_48h，如35_48h。在本專利技術(shù)的一個實施例中，所述發(fā)酵培養(yǎng)的時間具體為35h、36h、42h或48h。在上述方法中，為了有效的提高發(fā)酵產(chǎn)物D-乳酸的產(chǎn)量，在所述發(fā)酵培養(yǎng)(所述發(fā)酵罐震蕩培養(yǎng))過程中，需要向所述發(fā)酵液中補(bǔ)加葡萄糖和碳酸鈣；所述補(bǔ)加葡萄糖和碳酸鈣的時間為所述發(fā)酵液中葡萄糖的含量開始低于20g/L時；所述補(bǔ)加葡萄糖的量為補(bǔ)加至所述發(fā)酵液中葡萄糖的含量達(dá)到初始濃度(60g/L);所述補(bǔ)加碳酸鈣的量為所補(bǔ)加葡萄糖的質(zhì)量的60%。本專利技術(shù)所提供的發(fā)酵生產(chǎn)D-乳酸的方法中，接種到所述發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)的所述芽孢乳桿菌(SporolactobaciIIus sp.)是經(jīng)過活化的芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus sp.)。在本專利技術(shù)的一個實施例中，其活化方法(適于三角瓶靜止培養(yǎng))具體包括如下步驟:將所述芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus sp.)接入種子培養(yǎng)基,在37°C靜止培養(yǎng)48h,得到培養(yǎng)物，將所述培養(yǎng)物按照1:10的體積比轉(zhuǎn)接到新的種子培養(yǎng)基中，繼續(xù)37°C靜止培養(yǎng)24h,得到所述活化的芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus sp.)。在本專利技術(shù)的另一個實施例中，其活化方法(適于發(fā)酵罐震蕩培養(yǎng))具體包括如下步驟:1)將所述芽孢乳桿菌(Sporolactobacillus sp.)接入種子培養(yǎng)基,在37°C靜止培養(yǎng)48h，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
棉籽蛋白在發(fā)酵生產(chǎn)D?乳酸中的應(yīng)用。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李媛，王麗敏，于波，馬延和，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微生物研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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