L-乳酸的发酵生产和聚L-乳酸的化学加工

L-乳酸广泛应用于食品、医药、日化和工业等各个领域。近年来随着石化资源的不断紧缺,众多化学合成的高分子材料的生产受到了限制。以生物质资源为基础的L-乳酸因此被大量用于加工生产成聚L-乳酸等环境友好型生物可降解材料。正是由于L-乳酸需求量的增大,如何高效低成本地生产L-乳酸显得尤为重要。系统综述了L-乳酸生产菌株的选育,用于L-乳酸发酵生产的廉价资源的开发利用,L-乳酸的发酵生产和L-乳酸的分离纯化等方面的研究进展。目前研究的热点和难点正是基于上述四个部分:菌种方面,以可以高效代谢利用廉价底物,且营养需求低的选育目标获得了多个优良的生产菌种,然而具备综合代谢优势的菌种还有待进一步选育;发酵底物方面,已开发利用多种廉价,来源丰富且易于菌种代谢并高效转化成乳酸的底物,但是对这些底物工业规模应用还有待进一步研究;发酵工艺方面,建立了环境友好型,劳动强度低的发酵工艺,然而实际应用中仍然存在成本高的问题;后提取方面,通过选育低营养需求的生产菌种和采用新型发酵工艺有效地简化了后提取过程,但是实际应用方面仍受发酵工艺成本高的制约。最后对聚L-乳酸的化学加工以及聚L-乳酸的生物降解进行了探讨并提出了一些建议。     

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。     

木质纤维素乙醇预处理技术研究进展

<正>生物炼制是非粮生物质利用大规模产业化成败的关键,也是工业生物技术研究和产业化开发的重点领域,受到了广泛的关注和重视。为此,我们特别邀请了山东大学曲音波教授的科研团队,以连载的形式,对非粮生物质生物炼制过程工程的相关技术和产品开发进行解读,主要从生物质原料的预处理、过程相关的酶水解技术以及发酵菌种改良等方面展开,以期读者对非粮生物质生物炼制技术开发及其产业化发展有一个更深入的了解。     

L-乳酸调控乳酸产生菌产物光学纯度的分析

发酵初期在米根霉菌发酵培养基中添加L-乳酸可以调控发酵产物乳酸的光学纯度。随着L-乳酸添加量的增加,所产L-乳酸的光学纯度随之增加,当L-乳酸的添加量≥1.5g/L时,D-乳酸不再产生。同时,L-乳酸的产量、生物量、糖转化率也随之降低。该调控方法对乳酸菌调控产L-乳酸光学纯度影响不大,对大肠杆菌发酵调控产D-乳酸光学纯度没有效果。     

发酵法制备富马酸的关键技术及其进展

随着人们对食品领域安全的关注以及石油基富马酸价格的不断攀升,利用可再生生物质原料发酵法制备富马酸备受关注。探讨了发酵法制备富马酸的关键技术问题,从菌种改造、淀粉基原料发酵、纤维质原料发酵以及非钙盐中和等工艺角度阐述了富马酸工业化生产的技术和经济可行性。     

木质纤维基L-乳酸生物制造的技术经济分析

L-乳酸因对人体安全无毒,应用领域广泛。为提高L-乳酸的产量、得率,降低其生产成本,选用制备L-乳酸的理想菌种米根霉,以低聚木糖生产废渣为底物,探究基于木质纤维原料生物转化L-乳酸的最佳工艺路线。采用纤维床生物反应器固定化米根霉进行同步糖化发酵,有利于解决低聚木糖工业加工中的大量废渣再利用问题,实现米根霉利用木质纤维原料低成本、高得率制备L-乳酸。在固定化米根霉发酵的基础上,从原料低聚木糖生产废渣到成品L-乳酸全工艺过程,利用Super Pro Designer进行评估核算,探讨其工业化可行性和经济效益,年产5.0万t L-乳酸的项目建设投资回收期为3.24年。     

木糖发酵生产高纯度D-乳酸大肠杆菌工程菌LHY02的构建

高效利用木糖发酵生产D-乳酸或其他生物质产品,是充分利用木质纤维素的一个关键问题。以高效利用木糖产L-乳酸的Escherichia coli WL204为出发菌株,采用RED基因置换技术将ldhL基因置换为ldhA基因,获得一株能利用木糖产D-乳酸的大肠杆菌工程菌株Escherichia coli LHY02,该菌株利用10%木糖发酵,D-乳酸产量达到84.4 g/L,产物光学纯度达到99.5%。此外,该菌株仍然具有较好的利用葡萄糖产D-乳酸的能力。     

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。     

pH对米根霉发酵厨余垃圾生产L-乳酸的影响

为了强化厨余垃圾发酵L-乳酸的产量和光学纯度,研究了pH对米根霉AS3.819发酵厨余垃圾生产乳酸及其光学特性的影响。结果表明,在中温条件下(34℃),米根霉生长的最适pH为7,最适发酵条件为8。用米根霉发酵非灭菌的厨余垃圾生产乳酸,发酵液中还原糖浓度低,且呈先升高,后下降到最低的趋势。pH调节到近中性和偏碱性(pH6、7、8)的各组还原糖浓度高于偏酸性组(pH 5和对照组)。控制pH为8时,总乳酸产生速率达1 g/(L·h),L-乳酸是主要的异构体形式,L-乳酸在总乳酸中的比例在整个发酵时间段内都保持在0.75以上,L-乳酸浓度最高达到59.8 g/L,L-乳酸光学纯度可达到0.99。控制pH为8时,可以同时获得高的乳酸产量和光学纯度。     

信息库

1.由乳酸菌和芽孢杆菌生产L（+）— 乳酸 乳酸中含有羟基和羰基可以转化成聚酯。由乳酸生产的聚乳酸酯塑料工艺简单,具有强度高,透明度好,热塑性,易加工等优点。这种聚合物可以水解成乳酸再由土壤中的细菌代谢分解成二氧化碳和水。因此它是一种对环境有利的聚合物。如果能用发酵方法生产出廉价的乳酸,作为生物可降解塑料的生产原料,它的需求量将是很大的。化学合成方法生产乳酸的缺点是产品为D-和L-乳酸的混合物。旋光纯度高的L-乳酸能聚合成高结晶的聚合物,适合制造纤维和定向膜。L-乳酸作为旋光性材料还可以用来生产液晶。因此,最要紧的就是要用发酵法生产出旋光纯度高的L-乳酸。     

Efficient Open Fermentative Production of Polymer-Grade L-Lactate from Sugarcane Bagasse Hydrolysate by Thermotolerant Bacillus sp. Strain P38

Lactic acid is one of the top 30 potential building-block chemicals from biomass, of which the most extensive use is in the polymerization of lactic acid to poly-lactic-acid (PLA). To reduce the cost of PLA, the search for cheap raw materials and low-cost process for lactic acid production is highly desired. In this study, the final titer of produced L-lactic acid reached a concentration of 185 g·L⁻¹ with a volumetric productivity of 1.93 g·L⁻¹·h⁻¹ by using sugarcane bagasse hydrolysate as the sole carbon source simultaneously with cottonseed meal as cheap nitrogen sources under the open fed-batch fermentation process. Furthermore, a lactic acid yield of 0.99 g per g of total reducing sugars was obtained, which is very close to the theoretical value (1.0 g g⁻¹). No D-isomer of lactic acid was detected in the broth, and thereafter resulted in an optical purity of 100%, which exceeds the requirement of lactate polymerization process. To our knowledge, this is the best performance of fermentation on polymer-grade L-lactic acid production totally using lignocellulosic sources. The high levels of optically pure l-lactic acid produced, combined with the ease of handling and low costs associated with the open fermentation strategy, indicated the thermotolerant Bacillus sp. P38 could be an excellent candidate strain with great industrial potential for polymer-grade L-lactic acid production from various cellulosic biomasses.     

L-乳酸生产菌种选育技术

随着聚乳酸作为生物可降解塑料的迅速发展,采用现代高新技术来选育L-乳酸纯度高、产量高、转化率高、能够利用木塘和适于发酵生产工艺要求的优良菌株,已成为国内外研究机构和企业关注的热点.本文对L-乳酸生产菌株的选育技术进展进行综述.     

代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸的研究进展

L-乳酸是一种重要的有机化合物,具有广泛的应用价值。微生物发酵法生产是当前L-乳酸的主要来源,但受限于精确的发酵条件、菌体产物耐受能力低及底物要求高等因素,导致L-乳酸供给不足且价格偏高。鉴于酿酒酵母利用廉价底物生产有价值物质方面的诸多优势,并随着分子生物学技术的发展,利用代谢工程改造酿酒酵母本身固有的代谢网络,使其高产L-乳酸已成为当前研究的热点。从L-乳酸的异源生产、关键途径改造及菌体生长能力恢复三个方面归纳了关于代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸的研究进展。最后,指出了酿酒酵母异源生产L-乳酸存在的不足和今后研究的方向。     

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。     

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。     

L-lactic acid production by Lactobacillus casei fermentation with corn steep liquor-supplemented acid-hydrolysate of soybean meal

Batch and fed-batch fermentation studies were performed to evaluate the potential of corn steep liquor (CSL)-supplemented acid-hydrolysate of soybean meal (AHSM) as an alternative to yeast extract (YE) for the production of L-lactic acid by Lactobacillus casei LA-04-1. The CSL-supplemented AHSM gave an outstanding result in supporting L-lactic acid production from glucose. In the exponential fed-batch fermentation, the concentration, yield and productivity of L-lactic acid were 162.5 g/L, 89.7% and 1.69 g/L per h, respectively, which were lower than those with 20 g/L YE (180 g/L, 90.3%, 2.14 g/L per h) after 96 h of fermentation. However, the raw material cost of the nitrogen resource was estimated as only 25% of that using the YE.     

Effects of intermittent addition of cellulase for production of L-lactic acid from wastewater sludge by simultaneous saccharification and fermentation

An attempt was made to create L-lactic acid, a precursor of poly-lactic acid, which is a biodegradable plastic, from wastewater sludge from the paper-manufacturing industry. The sludge contained a high percentage of cellulose and needed to be hydrolyzed to glucose by the action of the cellulase before being treating with lactic acid bacteria. Therefore, a method involving simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was carried out. The optimum pH of the SSF for production of the lactic acid by the newly isolated lactic acid bacterium with a high selectively of L-lactic acid was found out to be around pH = 5.0, and the optimum temperature to be approximately 40 degrees C. On the basis of the measurement of the cell density changes in the lactic acid bacteria, it was ascertained that the bacterial activity could continue at a high level for a relatively long period of time, and that the L-lactic acid productivity was diminished by the rapid deactivation of the cellulase. With the intermittent addition of cellulase once daily for the sake of compensating for the cellulase deactivation, the L-lactic acid attained a maximum concentration of 16.9 g/L, i.e., a 72.2% yield based on the potential glucose contained in the sludge under optimum pH and temperature conditions.     

三相流化床L-乳酸发酵及与离子交换分离耦合

L—乳酸因其能被人体代谢而将在食品、医药工业中代替DL—乳酸。另外均聚和共聚L—乳酸在医学及生产可生物降解的包装材料、农膜等方面有巨大的潜在市场。L—乳酸一般采用米根霉