本文關(guān)鍵詞：L-乳酸的發(fā)酵生產(chǎn)和聚L-乳酸的化學(xué)加工，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

中國生物工程雜志 ChinaBiotechnology,2011,31(2):102O115

L-乳酸的發(fā)酵生產(chǎn)和聚L-乳酸的化學(xué)加工

田康明 周 麗 陳獻(xiàn)忠 左志銳 石貴陽 王正祥

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(江南大學(xué)工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室江南大學(xué)生物工程學(xué)院生物資源與生物能源研究中心 無錫 214122)

摘要 L-乳酸廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化和工業(yè)等各個領(lǐng)域。近年來隨著石化資源的不斷緊缺,眾多化學(xué)合成的高分子材料的生產(chǎn)受到了限制。以生物質(zhì)資源為基礎(chǔ)的L-乳酸因此被大量用于加工生產(chǎn)成聚L-乳酸等環(huán)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產(chǎn)L-乳酸顯得尤為重要。系統(tǒng)綜述了L-乳酸生產(chǎn)菌株的選育,用于L-乳酸發(fā)酵生產(chǎn)的廉價資源的開發(fā)利用,L-乳酸的發(fā)酵生產(chǎn)和L-乳酸的分離純化等方面的研究進(jìn)展。目前研究的熱點和難點正是基于上述四個部分:菌種方面,以可以高效代謝利用廉價底物,且營養(yǎng)需求低的選育目標(biāo)獲得了多個優(yōu)良的生產(chǎn)菌種,然而具備綜合代謝優(yōu)勢的菌種還有待進(jìn)一步選育;發(fā)酵底物方面,已開發(fā)利用多種廉價,來源豐富且易于菌種代謝并高效轉(zhuǎn)化成乳酸的底物,但是對這些底物工業(yè)規(guī)模應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究;發(fā)酵工藝方面,建立了環(huán)境友好型,勞動強(qiáng)度低的發(fā)酵工藝,然而實際應(yīng)用中仍然存在成本高的問題;后提取方面,通過選育低營養(yǎng)需求的生產(chǎn)菌種和采用新型發(fā)酵工藝有效地簡化了后提取過程,但是實際應(yīng)用方面仍受發(fā)酵工藝成本高的制約。最后對聚L-乳酸的化學(xué)加工以及聚L-乳酸的生物降解進(jìn)行了探討并提出了一些建議。關(guān)鍵詞 L-乳酸 發(fā)酵生產(chǎn) 分離純化 聚L-乳酸 化學(xué)加工

中圖分類號 Q819

乳酸作為三大有機(jī)酸之一,廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、化妝品、皮革制造業(yè)、紡織工業(yè)等領(lǐng)域。自然界中乳酸主要以三種形式存在:D-乳酸,L-乳酸和D,L-乳酸。由于D-乳酸無法被人體所代謝,其應(yīng)用領(lǐng)域受到了一定的限制。而L-乳酸在食品、醫(yī)藥、日化和工業(yè)等各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用Datta等

[2]

[1]

羊),公開預(yù)測到2010年聚L-乳酸的年需求量將達(dá)到50萬噸,該公司目前已有聚乳酸年產(chǎn)量達(dá)14萬噸的生產(chǎn)線

[4]

。

乳酸的生產(chǎn)主要有生物發(fā)酵法和化學(xué)合成法。化學(xué)合成法因其原料具有毒性,且只能生產(chǎn)D,L混合型乳酸,所以其應(yīng)用受到了限制。生物發(fā)酵法發(fā)酵生產(chǎn)乳酸則具有底物成本低,生產(chǎn)溫度溫和,能耗低且可以用于生產(chǎn)高光學(xué)純度單一構(gòu)型的乳酸等優(yōu)點得的

[6]

[5]

。隨著環(huán)保意識的增

強(qiáng),更多的L-乳酸用于生產(chǎn)生物可降解的聚合材料。

調(diào)研發(fā)現(xiàn),2005年全球12萬噸的L-乳酸產(chǎn)

量中,20%~30%用于生產(chǎn)聚L-乳酸。聚L-乳酸不僅可以加工成塑料(如食品包裝袋,垃圾袋和農(nóng)業(yè)用塑料薄膜制品等),減弱對石化資源的依賴性,還可以用于制作多種醫(yī)用材料(如牙科材料,藥物輸送體系,外科手術(shù)縫合和植入用材料以及其他生物適合的和生物可吸收的材料)

[3]

。近年

來,每年大約有90%的L-乳酸是通過生物發(fā)酵法獲

。

L-乳酸的發(fā)酵生產(chǎn)已經(jīng)形成了功能完整的研究體系:生產(chǎn)菌株選育方面,菌種的多樣性在不斷擴(kuò)充,選育出了很多耐受高濃度底物和高濃度產(chǎn)物及耐受低pH值的L-乳酸高產(chǎn)菌株。同時分子克隆技術(shù)和代謝工程方法的應(yīng)用也為選育高產(chǎn)菌株提供了新的途徑。經(jīng)過改造的基因工程菌株對底物的利用范圍也得到了拓寬

[7]

。正是基于聚L-乳酸如此廣泛的應(yīng)用

潛力,NatureWorksLLC(當(dāng)前聚乳酸制造行業(yè)的領(lǐng)頭

收稿日期:2010-10-22 修回日期:2010-11-26*中非國際合作重點項目(2009DFA31300)資助項目**通訊作者,電子信箱:zxwang@

。許多廉價的可回收利用資源不斷地被開發(fā)并

L-

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