乳酸的发酵生产和聚L

  本文关键词：L-乳酸的发酵生产和聚L-乳酸的化学加工，由笔耕文化传播整理发布。

中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology,2011,31(2):102O115

L-乳酸的发酵生产和聚L-乳酸的化学加工

田康明 周 丽 陈献忠 左志锐 石贵阳 王正祥

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(江南大学工业生物技术教育部重点实验室江南大学生物工程学院生物资源与生物能源研究中心 无锡 214122)

摘要 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。关键词 L-乳酸 发酵生产 分离纯化 聚L-乳酸 化学加工

中图分类号 Q819

乳酸作为三大有机酸之一,广泛应用在食品、医药、化妆品、皮革制造业、纺织工业等领域。自然界中乳酸主要以三种形式存在:D-乳酸,L-乳酸和D,L-乳酸。由于D-乳酸无法被人体所代谢,其应用领域受到了一定的限制。而L-乳酸在食品、医药、日化和工业等各个领域都有着广泛的应用Datta等

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羊),公开预测到2010年聚L-乳酸的年需求量将达到50万吨,该公司目前已有聚乳酸年产量达14万吨的生产线

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。

乳酸的生产主要有生物发酵法和化学合成法。化学合成法因其原料具有毒性,且只能生产D,L混合型乳酸,所以其应用受到了限制。生物发酵法发酵生产乳酸则具有底物成本低,生产温度温和,能耗低且可以用于生产高光学纯度单一构型的乳酸等优点得的

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。随着环保意识的增

强,更多的L-乳酸用于生产生物可降解的聚合材料。

调研发现,2005年全球12万吨的L-乳酸产

量中,20%~30%用于生产聚L-乳酸。聚L-乳酸不仅可以加工成塑料(如食品包装袋,垃圾袋和农业用塑料薄膜制品等),减弱对石化资源的依赖性,还可以用于制作多种医用材料(如牙科材料,药物输送体系,外科手术缝合和植入用材料以及其他生物适合的和生物可吸收的材料)

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。近年

来,每年大约有90%的L-乳酸是通过生物发酵法获

。

L-乳酸的发酵生产已经形成了功能完整的研究体系:生产菌株选育方面,菌种的多样性在不断扩充,选育出了很多耐受高浓度底物和高浓度产物及耐受低pH值的L-乳酸高产菌株。同时分子克隆技术和代谢工程方法的应用也为选育高产菌株提供了新的途径。经过改造的基因工程菌株对底物的利用范围也得到了拓宽

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。正是基于聚L-乳酸如此广泛的应用

潜力,NatureWorksLLC(当前聚乳酸制造行业的领头

收稿日期:2010-10-22 修回日期:2010-11-26*中非国际合作重点项目(2009DFA31300)资助项目**通讯作者,电子信箱:zxwang@

。许多廉价的可回收利用资源不断地被开发并

L-

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