微生物发酵产光学纯度d乳酸研究进展

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1、中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，３０（１０）：１１４１２４微生物发酵产光学纯度Ｄ乳酸研究进展周丽田康明陈献忠左志锐石贵阳王正祥（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Ｄ乳酸作为一种重要的手性中间体和聚乳酸合成的原料，其生产已越来越受到人们的重视。然而，低光学纯度Ｄ乳酸在很多领域的应用都受到限制。微生物发酵法能够生产高光学纯度的Ｄ乳酸。除了乳酸生产的传统菌株—乳酸细菌，研究者们还通过基因工程的手段不断探索其它种属菌株利用更廉价的可再生资源高产光

2、学纯度Ｄ乳酸的可行性。介绍了Ｄ乳酸的物化性质及其在工业生产、化学加工和聚乳酸合成中的应用，并详细综述了国内外发酵法生产光学纯度Ｄ乳酸的最新研究进展，着重介绍了采用基因工程育种策略提高菌株的Ｄ乳酸产量、转化率、生产强度以及光学纯度，降低副产物的合成，扩大底物利用范围的研究成果。所涉及的菌株包括：乳酸细菌、大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌以及酵母等。这些研究表明，应用基因工程手段改造生产菌株的代谢途径是选育Ｄ乳酸发酵生产菌株的发展趋势。最后还对Ｄ乳酸发酵生产的前景进行了展望。关键词Ｄ乳酸光学纯度微生物发酵代谢工程中图分

3、类号Ｑ８１９乳酸常为ＤＬ混合型，为世界上公认的三大有机酸［１］体、动物、植物和微生物中。乳酸是自然界最小的手之一，乳酸及其衍生物具有广泛的用途。乳酸异构体性分子，分子中羧基α位碳原子为不对称碳原子，具有之一Ｄ乳酸是一种重要的手性中间体，其聚合物Ｄ聚Ｌ（＋）和Ｄ（－）两种构型。Ｌ乳酸为右旋型，Ｄ乳酸为乳酸与Ｌ聚乳酸形成立构复合物能提高Ｌ聚乳酸的热左旋型，Ｌ乳酸和Ｄ乳酸等比例混合即为消旋的ＤＬ稳定性。随着人们环保意识的提升，生物可降解聚乳型。Ｄ乳酸和Ｌ乳酸除旋光性外，它们的其它理化性［２］酸材料的市场

4、需求量不断增加，同时也推动了对其单质相同，但ＤＬ型的物理性质与它们有所差别，表现体Ｄ乳酸的需求。然而，低光学纯度的Ｄ乳酸在很多［２］在其熔点和熔化热比单一Ｄ或Ｌ构型的低。领域的应用受到限制，人们不断寻找单一光学纯度ＤＤ乳酸具有一元羧酸的典型化学性质，水溶液呈乳酸的生产方法，并探索其以可再生、廉价资源为原弱酸性，浓度达到５０％以上时会部分形成乳酸酐，与一料，以高产量、高底物转化率、高生产强度和高化学纯些醇类物质反应生成醇酸树脂，在加热条件能够进行度生产的可行性。本文将概述Ｄ乳酸的性质与应用，分子间酯化反应，形

5、成乳酰乳酸（ＣＨＯ），稀释并加６１０５并围绕Ｄ乳酸生产菌种的最新研究进展作一综述。热可再水解成Ｄ乳酸。在脱水剂氧化锌作用下，两分子Ｄ乳酸脱去两分子水，自聚形成环状二聚体Ｄ丙交１Ｄ乳酸及其应用［２］酯（ＣＨＯ，ＤＬＡ）。充分脱水则可形成聚合Ｄ乳６８４１．１Ｄ乳酸的结构与理化性质酸。由于乳酸越浓自身酯化趋势越强，因此乳酸通常乳酸的学名为α羟基丙酸，分子式为是乳酸和丙交酯的混合物。ＣＨＯＣＯＯＨ，是一种天然存在的有机酸，广泛存在于人１．２Ｄ乳酸及其衍生物的应用２５１．２．１Ｄ乳酸在手性化合物合成中的应用高

6、光学收稿日期：２０１００４１４修回日期：２０１００７０７中非国际合作重点项目（２００９ＤＦＡ３１３００）资助项目纯度Ｄ乳酸（９７％以上）作为一个手性中心是多种手性通讯作者，电子信箱：ｚｘｗａｎｇ＠ｊｉａｎｇｎａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ物质的前体，是重要的手性中间体与有机合成原料，广２０１０，３０（１０）周丽等：微生物发酵产光学纯度Ｄ乳酸研究进展１１５泛应用于制药、高效低毒农药及除草剂、化妆品等领域种食品、饮料的外包装材料。还可用于生产仿棉纤维、［３］的手性合成。例如，日本タィセル化学工业公司利仿羊毛和仿丝绸纤

7、维，并可单独纺丝用于生产各种织［４］用Ｄ乳酸制造优良除草剂骠马（ＰｕｍａＳｕｐｅｒ）。德国物。在生物医学工程领域可用作骨内固定物、疫苗佐Ｈｏｅｅｈｓｔ公司也开发了以Ｄ乳酸为原料的新型高效除剂、医用手术缝合线、微胶囊、植入片、人造皮肤、人造［４］［９］草剂威霸（ＷｈｉｐＳｕｐｅｒ）。德国ＢＡＳＦ公司以Ｄ乳酸血管等。由于Ｄ乳酸聚合的聚乳酸不能被人体利异丙酯为原料生产除草剂Ｄｕｐｌｏｓａｎ，并已大规模投放市用，只有被人体内的微生物分解，从而可以起到缓释作［３］场。此外，钙拮抗剂降压药、皮考啉酸衍生物以及二用，ＰＤＬＡ

8、还被用于药物的缓释技术等。甲四氯丙酸、氟系除草剂等也以高光学纯度Ｄ乳酸作近年来，可生物降解聚乳酸的合成已成为乳酸的［３］为原料。重要市场增长点，美国ＰＬＡ的主要制造商ＮａｔｕｒｅＷｏｒｋｓ１．２．２Ｄ乳酸衍生物在化学工业中的应用以Ｄ乳ＬＬＣ公司报道称，２０１０年全球ＰＬＡ市场将扩大到［１０］酸为原料的乳酸酯类在香料、合成树脂