基因工程菌发酵生产L-乳酸研究进展

乳酸是重要的工业平台化学品。随着聚乳酸产业的兴起,对高质量L-乳酸的需求量也不断增加。为了进一步降低L-乳酸发酵成本,提高菌株的工业适应性,各种现代生物技术已经应用到L-乳酸发酵菌种的改造上来。文中简要综述了近年来使用乳酸菌、酵母、大肠杆菌及米根霉等基因工程菌株发酵生产L-乳酸的技术进展。     

L-乳酸发酵的研究

本文报导了L-乳酸产生菌筛选、发酵条件以及发酵产物鉴定的结果。从56株根霉中筛选出10株产L-乳酸较高的菌株,其中根霉R47产L-乳酸最高,产酸稳定。发酵条件试验结果表明,该菌最适发酵培养基组成(％)：葡萄糖15,尿素0．2,KH 2PO40．02,MgSO4·7H2O0．025,ZnSO4·7H2 0 0．0044,CaCO3,6,7;pH6．7。在摇瓶培养条件下,35℃48小时,产L-乳酸达11．84 g／100 ml,对糖的重量转化率达78,9％。发酵液经离子交换等方法纯化,得到无色或微黄色透明糖浆状液体。经纸层析、比旋光度测定、紫外光谱和红外光谱分析证明确系L-乳酸。     

L-乳酸发酵菌株的选育

以初筛得到的 1株干酪乳杆菌鼠李糖亚种突变株R2 (Lactobcilluscaseisubsp .rhamnosusR2 )为出发菌株 ,经紫外线、硫酸二乙酯、复合诱变处理 ,筛选出 1株产乳酸较高的突变株ZY ,L 乳酸含量达 93.9%。以正交试验为基础对发酵培养基进行优化 ,采用优化后的培养基发酵 4d ,残糖降至 0 .1 %以下 ,L 乳酸产量达9.5 7g/ 2 0 0mL ,对糖的转化率达 96 .3%。     

解淀粉乳酸细菌在L-乳酸发酵生产中的应用

对解淀粉乳酸细菌及其产生的淀粉酶和发酵工艺等方面的国内外研究现状进行了综述。解淀粉乳酸细菌具有分泌淀粉酶的能力,可免去原料水解处理工序直接发酵淀粉质原料生产乳酸,可以简化生产工艺,并可节约设备投资,进而降低生产成本。解淀粉乳酸细菌主要分离自传统发酵食品,也可从有机废弃物和厨余垃圾中分离得到。介绍了解淀粉乳酸细菌直接利用淀粉质原料的机理,比较了解淀粉乳酸菌发酵生产L-乳酸的工艺。提出通过诱变育种和基因工程育种等方法获得更加高效的解淀粉乳酸细菌,并结合先进的发酵、分离技术来提高乳酸生产效率。     

聚合级L-乳酸的非粮生物质发酵研究进展

乳酸在化工、医药和食品加工等领域有着广泛的用途。随着聚乳酸产业的兴起,对聚合级L-乳酸的需求量也不断增加。开发低成本的非粮生物质乳酸发酵工艺、实现发酵-分离耦合是降低聚合级L-乳酸成本、摆脱原料价格不断上涨压力的技术趋势。文中简要综述了近2~3年使用非粮生物质发酵生产聚合级L-乳酸的技术进展,并对未来乳酸发酵工艺作了展望。     

乳杆菌Lactobacillus sp.lxp发酵高产L-乳酸研究

筛选得到一株乳杆菌Laetobaeillus sp．,进行发酵生产高浓度L-乳酸的研究。考察了种龄、接种量、温度和不同pH调节剂对乳酸发酵的影响。结果表明：最佳种子培养时间为15h;最佳接种量为15％;最适培养温度为42℃;与氨水和氢氧化钠相比,碳酸钙更适于作为发酵过程的pH调节刺;以葡萄糖为碳源,添加豆粕水解液和玉米浆作为辅料,2L罐培养120h,L-乳酸质量浓度可达202 g/L,糖转化率91．3％,L-乳酸占发酵液中总酸含量98％以上。     

耐氨米根霉发酵生产L-乳酸的研究

传统的L-乳酸发酵法生产以CaCO3为酸中和剂,在乳酸后提取中产生的大量石膏废渣不仅在过滤时造成较大的乳酸损失,而且由于废渣不易处理,对L-乳酸万吨级规模的生产将形成巨大的环保压力和废渣处理成本。为此,为了降低L-乳酸生产成本,该文采用氨水为酸中和剂,用筛选得到的一株米根霉RhizopusoryzaeJS-N02-02进行以氨水为中和剂的L-乳酸摇瓶、15L自动发酵罐的发酵试验。以玉米粉双酶水解糖为碳源,接种孢子浓度1×105个ml,以0.01%(NH4)2SO4为氮源,30℃,15L自动发酵罐连续5批发酵,平均总糖浓度为136.8gL,平均产酸达100.6gL,L-乳酸纯度达95.3%,糖酸转化率达71.6%。     

米根霉发酵生产L-乳酸

报道了Ｌ－乳酸菌株的分离与筛选,探讨了不同碳源、氮源、通气量、温度等发酵条件对产Ｌ－乳酸的影响,从７８株米根霉中筛选出１３株产Ｌ－乳酸较高的菌株,其中米根霉（Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｏｒｙｚａｅ）Ｒｓ９２８产Ｌ－乳酸最高,产酸最稳定。试验结果表明,该菌株最适发酵培养组成（％）：淀粉水解糖１６,ＭｇＳＯ４ ０．０８,ＫＨ２ＰＯ４ ０．０５,ＺｎＳＯ４ ０．０１,ＣａＣＯ３ ７,ｐＨ自然。在６０ｔ发酵罐中,     

无载体固定化米根霉重复间歇发酵生产L-乳酸

通过研究影响米根霉菌丝体形态的培养基因素,初步构建了无载体固定化米根霉重复间歇发酵生产L-乳酸的工艺条件.研究结果表明,首批次发酵培养基采用120 g/L葡萄糖,3 g/L硝酸铵,K 和Na 浓度比为1:1,发酵72 h后,米根霉菌体形态为均匀的茵丝体小球,直径为1.0 mm～2.0 mm,此时L-乳酸产量可达100.8 g/L,葡萄糖转化率为84%.在此基础上,利用米根霉菌丝体小球重复间歇发酵16批次,每批次发酵24h,此时葡萄糖转化率均高于75%,L-乳酸产量保持在60.0 g/L以上,米根霉菌丝体小球形态保持稳定.     

马铃薯淀粉同步糖化发酵制备L-乳酸条件的统计学优化

以马铃薯淀粉为原料,采用同步糖化发酵方法制备乳酸。通过Plackett-Burman实验设计对影响乳酸产量的7个因子进行筛选,结果表明淀粉质量浓度、糖化酶用量和发酵温度3个因素对乳酸产量影响显著。利用最陡爬坡试验逼近最大响应区,采用中心复合实验设计及响应面分析法进行回归分析,建立影响乳酸产量的二次模型。模型求解得出最优淀粉质量浓度为271.89g/L,糖化酶用量为265.09U/g,发酵温度为39.05℃,最大理论乳酸产量为196.99g/L。3批验证实验结果平均值与预测值接近,表明该模型与实际情况拟合良好,实际最大乳酸产量为193.6g/L,较优化前提高了13.9%,L-乳酸的平均纯度达到95.2%。     

丙酮酸对细菌L-乳酸发酵的促进作用

研究了丙酮酸在不同浓度和添加时间对LactobacilluscaseiL 乳酸发酵过程中葡萄糖转化率和L 乳酸产量的影响。结果表明 ,当丙酮酸的添加量为 30g·L- 1 时 ,L 乳酸的产量达到 74g·L- 1 。在 72h的发酵周期内 ,丙酮酸在 2 4h和 42h添加的效果好于其他时间添加。     

产L-乳酸凝结芽孢杆菌发酵条件的初步研究

对经N+离子注入筛选到的L-乳酸高产菌株BacilluscoagulansRS12-6的发酵条件进行了初步研究。主要研究了 通气量、温度及pH值等培养条件对菌体生长及产酸的影响。确定最佳培养条件及最佳碳源、氮源配比。     

高糖和氮源对鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)L-乳酸发酵的影响

鼠李糖乳杆菌经实验室耐高糖高酸选育,能够在高糖浓度下高效高产L-乳酸。以酵母粉为氮源和生长因子,葡萄糖初始浓度分别为120 g/L和146 g/L,摇瓶培养120h,L-乳酸产量分别为104g/L和117.5g/L,L-乳酸得率分别为86.7%和80.5%。高葡萄糖浓度对菌的生长和乳酸发酵有一定的抑制。增加接种量,在高糖浓度发酵条件下,可以缩短发酵时间,但对增加乳酸产量效果不明显。乳酸浓度对鼠李糖乳杆菌生长和产酸有显著的影响。初始乳酸浓度到达70g/L以上时,鼠李糖乳杆菌基本不生长和产酸,葡萄糖消耗也被抑制。酵母粉是鼠李糖乳杆菌的优良氮源,使用其它被测试的氮源菌体生长和产酸都有一定程度的下降。用廉价的黄豆粉并补充微量维生素液,替代培养基中的酵母粉,可以使产酸浓度和碳源得率得以基本维持。     

低能离子注入L-乳酸生产菌种选育与发酵条件初步优化

通过20keV氮离子注入L-乳酸生产菌(Bacillus coagulans)筛选到一株产量比出发菌株提高10％的高产菌株RS12-6C,经多次传代实验表明该菌遗传稳定性较好。并对其发酵条件如接种量、装液量、摇床转速、温度等进行初步优化,在含糖150g/L的摇瓶中发酵,其L-乳酸产量达到117g/L。     

玉米芯稀酸水解及L-乳酸发酵研究

对玉米芯稀硫酸水解条件及糖化液发酵L-乳酸进行了初步研究。结果表明,玉米芯木聚糖最适水解条件为2%H2SO_4、120℃、30 min、固液比1:10,糖化液还原糖含量可达40.8 g/L,主要成分为木塘。细菌A-19可以利用水解液中的葡萄糖和木糖产酸,最适发酵条件为45℃、pH 6.5,从45℃～51℃、pH 5.5～pH 6.5产量均较高。用未浓缩的水解液发酵24 h,L-乳酸产量为30.6g/L,残糖为1.6 g/L,糖酸转化率为82.6%;用浓缩1倍的水解液发酵48 h,L-乳酸产量为41.4 g/L,残糖4.1g/L,糖酸转化率为68.2%,在发酵48 h后继续补料发酵至72 h(补料液为浓缩3倍的水解液),L-乳酸产量为50.9 g/L,残糖6.3 g/L,糖酸转化率为71.8%。该研究为利用木质纤维素生产L-乳酸奠定了一定基础。     

合成气厌氧发酵生产有机酸和醇的研究进展

合成气来自于煤、石油、生物质和有机废物的气化,其主要成份为CO、H2和CO2。研究发现某些厌氧菌能利用合成气生成乙醇、乙酸、丁醇和丁酸等燃料和化学品。由于生物转化所具有的优势,合成气厌氧发酵被认为是一项极具潜力和竞争力的技术,在生物质及有机废物的利用方面将发挥重要作用。对厌氧发酵合成气生产有机酸和醇的研究进展,包括利用合成气产有机酸和醇的微生物,合成气发酵的代谢途径和关键酶（一氧化碳脱氢酶/乙酰辅酶A合成酶）及用于合成气发酵的反应器等进行了综述,并对该项技术的发展提出了一些建议。