【摘 要】
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L-乳酸除作为食品与饲料添加剂等外,是聚乳酸产业链的基础原料。以淀粉为原料生产L-乳酸是目前最主要的L-乳酸生产方式。与此同时,曾作为主要生活物资的蔗糖因为糖品消费结构的改变,近年来呈现生产过剩压力。如何将蔗糖高效转化为聚合级L-乳酸,是平衡蔗糖产业与生物可降解聚乳酸产业的可能途径。为此,本文在解析原L-乳酸生产菌糖代谢特征的基础上,研究并优化以蔗糖为原料的同步糖化发酵生产L-乳酸的发酵新工艺,获
【基金项目】
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生物催化与生物转化研究室的国际重点合作项目；
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L-乳酸除作为食品与饲料添加剂等外,是聚乳酸产业链的基础原料。以淀粉为原料生产L-乳酸是目前最主要的L-乳酸生产方式。与此同时,曾作为主要生活物资的蔗糖因为糖品消费结构的改变,近年来呈现生产过剩压力。如何将蔗糖高效转化为聚合级L-乳酸,是平衡蔗糖产业与生物可降解聚乳酸产业的可能途径。为此,本文在解析原L-乳酸生产菌糖代谢特征的基础上,研究并优化以蔗糖为原料的同步糖化发酵生产L-乳酸的发酵新工艺,获得如下主要研究结果:（1）原L-乳酸生产菌无蔗糖代谢能力,但可以分别代谢葡萄糖和果糖合成L-乳酸。以大肠杆菌JC31为宿主,获得了L-乳酸生产重组菌JC31-Bcoa LDH;该菌株在以葡萄糖或果糖为唯一碳源培养基中生长,在以蔗糖为唯一碳源培养基中不生长。进一步在5 L发酵罐中,评价了其代谢葡萄糖或果糖的L-乳酸产酸特征。重组菌JC31-Bcoa LDH好氧阶段代谢葡萄糖或果糖的速率分别为3.45 g/（L·h）和3.37 g/（L·h）,菌体生长速率分别为1.15 g/（L·h）和1.09 g/（L·h）;厌氧阶段共补加葡萄糖或果糖500 g,分4次等量补加,发酵过程葡萄糖和果糖的耗糖速率分别为5.80 g/（L·h）和5.56 g/（L·h）,产L-乳酸的平均速率分别为5.57 g/（L·h）和5.22 g/（L·h）,L-乳酸积累量分别为144.8 g/L和135.7 g/L,糖酸转化率分别为98.5%和95.0%。（2）以蔗糖为原料,先糖化后发酵L-乳酸生产工艺的建立与优化。以蔗糖酶酶解蔗糖制备的转化糖液为原料,在5 L发酵罐（起始装液量2.5 L）中考察了重组菌JC31-Bcoa LDH利用葡萄糖和果糖发酵生成L-乳酸的特征。好氧阶段重组菌生长速率为0.97 g/（L·h）;厌氧阶段共补加蔗糖水解后的转化糖液500 g（绝干计）,分2～4次等量补加,结果显示以4次等量补加效果最好,重组菌合成L-乳酸的平均速率为4.58g/（L·h）。在此发酵过程中也发现,葡萄糖对菌体利用果糖存在典型的葡萄糖效应。（3）以蔗糖为原料,同步糖化发酵L-乳酸生产工艺的建立与优化。进一步在5 L发酵罐（起始装液量2.5 L）中,建立并优化了以蔗糖为原料同步糖化发酵合成L-乳酸的新工艺。最优工艺为:在37℃、p H 7.0、蔗糖起始浓度30 g/L和蔗糖酶添加量为750 U（10 U/g蔗糖）下好氧培养;在42℃、p H 7.0,蔗糖酶添加量为1500 U下厌氧L-乳酸发酵,过程中分4次等量补加210.5 m L 60%蔗糖溶液。在上述工艺下,发酵液中L-乳酸浓度为140.0 g/L,L-乳酸平均合成速率为5.38 g/（L·h）;厌氧产酸阶段的糖酸转化率为98.0%,发酵液中L-乳酸的光学纯度达到99.9%。
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