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D乳酸研究进展


中国生物工程杂志 C h i n aB i o t e c h n o l o g y , 2 0 1 0 , 3 0 ( 1 0 ) : 1 1 4 ? 1 2 4

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 2 1 4 1 2

2 )

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
中图分类号 Q 8 1 9   乳酸常为 D L混合型, 为世界上公认的三大有机酸 之一, 乳酸及其衍生物具有广泛的用途。乳酸异构体 之一 D ? 乳酸是一种重要的手性中间体, 其聚合物 D ? 聚 ? 聚乳酸形成立构复合物能提高 L ? 聚乳酸的热 乳酸与 L 稳定性。随着人们环保意识的提升, 生物可降解聚乳 酸材料的市场需求量不断增加, 同时也推动了对其单 体D ? 乳酸的需求。然而, 低光学纯度的 D ? 乳酸在很多 领域的应用受到限制, 人们不断寻找单一光学纯度 D ? 乳酸的生 产 方 法, 并 探 索 其 以 可 再 生、 廉价资源为原 料, 以高产量、 高底物转化率、 高生产强度和高化学纯 度生产的可行性。本文将概述 D ? 乳酸的性质与应用, 并围绕 D ? 乳酸生产菌种的最新研究进展作一综述。
1 ] 。乳酸是自然界最小的手 体、 动物、 植物和微生物中 [

性分子, 分子中羧基 α位碳原子为不对称碳原子, 具有 L (+ ) 和D (- ) 两种构型。L ? 乳酸为右旋型, D ? 乳酸为 L ? 乳酸和 D ? 乳酸等比例混合即为消旋的 D L ? 左旋型, 型。D ? 乳酸和 L ? 乳酸除旋光性外, 它们的其它理化性
2 ] , 但D L ? 型的物理性质与它们有所差别, 表现 质相同 [ 2 ] 在其熔点和熔化热比单一 D或 L构型的低 [ 。

  D ? 乳酸具有一元羧酸的典型化学性质, 水溶液呈 弱酸性, 浓度达到 5 0 %以上时会部分形成乳酸酐, 与一 些醇类物质反应生成醇酸树脂, 在加热条件能够进行 C H ) , 稀释并加 分子间酯化反应, 形成乳酰乳酸( 6 1 0O 5 热可再水解成 D ? 乳酸。在脱水剂氧化锌作用下, 两分 ? 乳酸脱去两分子水, 自聚形成环状二聚体 D ? 丙交 子D
[ 2 ] 酯( C H O , D L A ) 。充 分 脱 水 则 可 形 成 聚 合 D ? 乳 6 8 4

1  D ? 乳酸及其应用
1 . 1  D ? 乳酸的结构与理化性质    乳 酸 的 学 名 为 α ? 羟 基 丙 酸,分 子 式 为 C H O C O O H , 是一种天然存在的有机酸, 广泛存在于人 2 5
收稿日期: 2 0 1 0 ? 0 4 ? 1 4   修回日期: 2 0 1 0 ? 0 7 ? 0 7 2 0 0 9 D F A 3 1 3 0 0 ) 资助项目 ? 中非国际合作重点项目( 电子信箱: z x w a n g @j i a n g n a n . e d u . c n ? ?通讯作者,

酸。由于乳酸越浓自身酯化趋势越强, 因此乳酸通常 是乳酸和丙交酯的混合物。 1 . 2  D ? 乳酸及其衍生物的应用 1 . 2 . 1  D ? 乳酸在手性化合物合成中的应用   高光学 纯度 D ? 乳酸( 9 7 %以上) 作为一个手性中心是多种手性 物质的前体, 是重要的手性中间体与有机合成原料, 广

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泛应用于制药、 高效低毒农药及除草剂、 化妆品等领域 的手性合成
[ 3 ]

种食品、 饮料的外包装材料。还可用于生产仿棉纤维、 仿羊毛和仿丝绸纤维, 并可单独纺丝用于生产各种织 物。在生物医学工程领域可用作骨内固定物、 疫苗佐 剂、 医用手术缝合线、 微胶囊、 植入片、 人造皮肤、 人造
9 ] 。由于 D ? 乳酸聚合的聚乳酸不能被人体 利 血管等 [

。例如, 日本タ ィセル化学工业公司利
[ 4 ]

用D ? 乳酸制造优良除草剂骠马( P u m aS u p e r ) 。德国 H o e e h s t 公司也开发了以 D ? 乳酸为原料的新型高效除 Wh i pS u p e r ) 。德国 B A S F公司以 D ? 乳酸 草剂威霸( u p l o s a n , 并已大规模投放市 异丙酯为原料生产除草剂 D 场
[ 3 ] [ 4 ]

用, 只有被人体内的微生物分解, 从而可以起到缓释作 用, P D L A还被用于药物的缓释技术等。   近年来, 可生物降解聚乳酸的合成已成为乳酸的 重要市场增长点, 美国 P L A的主要制造商 N a t u r e Wo r k s L L C公 司 报 道 称, 2 0 1 0年 全 球 P L A市场将扩大到
1 0 ] 5 0 00 0 0 吨/ 年[ 。因此, 在未来几年中, 作为 P L A原料

。此外, 钙拮抗剂降压药、 皮考啉酸衍生物以及二
[ 3 ]

甲四氯丙酸、 氟系除草剂等也以高光学纯度 D ? 乳酸作 为原料 。 1 . 2 . 2  D ? 乳酸衍生物在化学工业中的应用   以 D ? 乳 酸为原料的乳酸酯类在香料、 合成树脂涂料、 胶粘剂及 印刷油墨等生产中应用广泛, 在石油管道和电子工业 的清洗等方面也有应用
[ 5 ]

? 乳酸, 其市场需求量必将急剧增长。此外, 随 之一的 D 着研究的深入, D ? 乳酸的用途还在进一步拓宽, 市场需 求量还将继续增加, 因此, 开发光学纯度高、 工艺简单, ? 乳酸制备方法具有重要的社会意义和经 成本低廉的 D
2 ] 济价值 [ 。

。其中, D ? 乳酸甲酯能与水

及多种极性溶剂均匀混合, 能充分溶解硝化纤维素、 醋 酸纤维素、 乙酰丁酸纤维素等以及多种极性合成高分 子聚合物, 同时具有熔点高、 蒸发速度慢的优点, 是一 种优秀的高沸点溶剂, 可作为混合溶剂的成分改善作 业性和增溶性, 此外, 还可用作医药、 农药的原料和其
2 ] 它手性化合物合成的前体、 中间体 [ 。

2  D ? 乳酸发酵生产菌株与育种
2 . 1  发酵法生产的优点   人们最初采用化学合成法来生产乳酸。然而, 化 学合成法生产的乳酸为外消旋型, 即D , L ? 乳酸, 且其所 需要的乙醛和剧毒物 氰 化 氢 等 原 料 来 源 于 石 油 的 裂 解, 随着石油资源的日渐枯竭, 其应用受到一定限制。 虽然酶法可以获得光学纯度的乳酸, 其工艺比较复杂,
1 1 ] 大规模工业应用还有待进一步研究 [ 。与上述方法相

1 . 2 . 3  D ? 乳酸在聚乳酸类生物降解性材料中的应用  乳酸是生物塑料聚乳酸( p o l y l a c t i d e ,P L A ) 的原料。 聚乳酸材料的物理性质依赖于 D , L两种异构体的组成 和含量
[ 6 ]

。由消旋型 D , L ? 乳酸合成的消旋体 D , L ? 聚

乳酸( P D L L A ) 为无定型结构, 其机械性能较差, 降解时 间较短, 且在体内会发生收缩, 收缩率达 5 0 % 以上, 应 ? 聚乳酸( P L L A ) 和D ? 聚乳酸( P D L A ) 的 用受到局限。L 链段排列 规 整, 结 晶 度、 机械强度和熔点等都远超过 P D L L A 。而 P L L A和 P D L A形成的立构复合物 ( s t e r e o c o m p l e x ,S C ) 具有更高的熔点( 2 3 0 ℃) , 比单一 P L L A或 P D L A约高 5 0 ℃, 能够有效提高 P L A 的耐热 性, 同时 S C在 P L L A链的交联点产生作用, 使得聚合链 增长并提高了产物的分子质量
[ 8 ] [ 7 ]

比, 发酵法能以可再生资源为原料生产光学特异性的 D ? 或L ? 乳酸, 其副产物较少, 转化率高( 有些菌体代谢 0 %) , 生产条件温和, 操作 葡萄糖产乳酸的转化率达 9 简单, 安全性高。目前, 世界乳酸产量的 9 0 % 是由发酵
1 2 ] 法生产的, 其余是由化学合成的 [ 。国际上的 D ? 乳酸

生产也主要采用微生物发酵法。   然而, 较高的原材料预处理费用是发酵法生产乳 酸的一个瓶颈。例如, 淀粉质原材料来源广泛且廉价, 但不能被多数微生物直接利用, 需要将其液化、 糖化为 葡萄糖, 因此降低了该工艺的成本竞争力; 木质纤维素 是最为广泛和廉价的生物质原料, 然而其应用比淀粉 原料更为困难, 预处理成本更高, 且其水解产物中的一
1 3 ] 些戊糖不能被多数微生物利用 [ 。研究微生物的代谢

。实际应用中较多采

用 L和 D型聚合单体合成 P L A 。   与传统热塑材料相比, 聚乳酸塑料具有优异的生 物降解性、 可加工性、 热塑性以及高强度性能, 并将逐 步替代目前困扰世界各国的白色热塑污染产品
[ 2 ]

。其

制品在农业、 渔业、 工业、 服装行业和医疗等方面都有 着广阔的应用前景。如: 聚乳酸生物塑料可用于取代 目前易破 碎 的 农 用 地 膜, 用 作 土 壤、 沙漠绿化保水材 料, 水产用材, 农药化肥缓释材料等。聚乳酸还可加工 成建筑用的薄膜和绳索、 纸张塑膜等。由于, 聚乳酸对 人体无毒无害, 最适合加工成一次性饭盒以及其它各

机制从而培育能够快速利用这些廉价原料乃至生活废 弃物生产光学纯度 D ? 乳酸的菌株, 并进一步提高 D ? 乳 酸生产菌株的产量、 底物转化率和生产强度, 对于乳酸 的工业生产具有非常重大的意义。

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2 . 2  微生物的乳酸发酵类型

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和 1m o l 乙醇( 图1 B ) , 其中产物乙醇与乙酸的比例取
1 4 ] 决于微生物体系中的氧化还原反应作用 [ , 葡萄糖的 1 1 ] 0 %[ 。除 L a c t o b a c i l l u s d e l b r u e l k i i 外 理论转化率只有 5

  按照微生物发酵糖类的过程和产物的不同, 可将 乳酸发酵分为同型乳酸发酵、 异型乳酸发酵和混合酸
1 4 ] 。 发酵三种类型 [

的乳酸菌都是兼性异型乳酸发酵菌。在特殊情况下, p H 值改变或温度降低, 同 如葡萄糖浓度受到了限制、
1 1 ] 型乳酸发酵微生物进行混合酸发酵 [ 。与同型乳酸发

  同型乳酸发酵微生物经 E M P途径, 将l m o l 葡萄糖 转化成 2m o l 乳酸( 图1 A ) , 理论转化率为 1 0 0 %。考虑 0 %以 到发酵过程中的其他生理过程, 一般转化率在 8 上即视为同型乳酸发酵
[ 1 4 ]

M P途径, 但在丙酮酸的代 酵相同, 混合酸发酵也经由 E 谢途径发 生 了 改 变, 生 成 了 甲 酸、 乙 酸、 乙醇等副产
1 4 ] 物[ ( 图1 C ) 。

。异型乳酸发酵微生物经

H M P途径将 1m o l 葡萄糖转化为 1m o l 乳酸、 1m o l C O 2

1 0 , 1 5 ] 图1  同型、 异型乳酸发酵及混合酸发酵代谢途径 [

F i g . 1  L a c t a t ec a t a b o l i cp h a s e w a y s
A :H o m m o f e r m e n t a t i o nr o u t e s ;B :H e t e t o f e r m e n t a t i o nr o u t e s ;C :M i x e da c i df e r m e n t a t i o nr o u t e s

2 . 3  乳酸细菌用于生产 D ? 乳酸的研究进展   乳酸细菌作为传统的乳酸发酵工业的生产菌种, 其优势在于: 自身就能合成高浓度的乳酸、 对乳酸的耐 受性较高、 生产强度大等。然而, 大多数乳酸菌同时具 有发酵型 D ? 乳酸脱氢酶[ D ( ? ) ? L D H ] 和L ? 乳酸脱氢酶 [ L (+ ) ? L D H ] , 删除其中的 L ? L D H 编码基因可以将该 ? 乳 酸。如, 我国李 重组菌 株 用 于 发 酵 产 光 学 纯 度 D 剑
[ 1 6 ]

L a c t o b a c i l l u ss a k e i 、 L a c t o b a c i l l u sc u r v a t u s 和 L a c t o b a c i l l u s p l a n t a r u m在 内 的 乳 杆 菌 还 存 在 乳 酸 消 旋 酶 ( l a c t a t e r a c e m a s e ) , 催化 L ? 或D ? 乳酸向旋光性相反的乳酸类型 转化, 直至两者比例达到平衡, 该酶的存在使得菌株即
1 6 ] 使只具有单一的 L D H , 最终发酵产物仍为 D , L ? 乳酸 [

( 除了个别菌株如 L .p l a n t a r u m 的乳酸消旋酶是将 L ? 乳酸转化为 D ? 乳酸, 多数具有乳酸消旋酶的菌株将 D ? 乳酸转化为 L ? 乳酸) 。   自身能合成光学纯度 D ? 乳酸的乳酸细菌主要分布 在L a c t o b a c i l l u s 、 B a c i l l u s 、 S p r o l a c t o b a c i l l u s 和 L e u c o n o s t o c
2 ] 1 7 ] 4个属 [ 。例 如, 丁 子 建 等[ 采用芽孢乳杆菌菌株

克隆了 菌 株 L a c t o b a c i l l u s s p .M D ? 1的 D ? L D H基

因, 序列分析表明该基因是一个新的 D ? L D H基因, 将该 菌株的 L ? L D H 基因敲除后突变株能够产生光学纯度 9 7 %以上的 D ? 乳 酸。 此 外, 有 的 乳 酸 菌, 如包括

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( S p o r o l a c t o b a c i l l u s s p . ) 进行微需氧发酵 7 2h 可产生 4 1 g / LD ? 乳酸, 葡萄糖转化率达 6 8 %, 产物光学纯度为 9 6 %。 K o s a k i等
[ 1 8 ]

2 0 ] e m i r i c i 等[ 用甲基磺酸乙酯( E M S ) 诱 研究也有报道。D

变D ? 乳酸生产菌株 L a c t o b a c i l l u s d e l b r u e c k i i A T C C9 6 4 9 , 获得耐受产物乳酸能力增强、 生长速率快、 转化率高的突 P 3 , 突变菌株在复杂培养基中最终产酸浓度为 1 1 7 变型 D
2 1 ] , 产酸性状稳定, 而野生型仅为 6 7g / L 。付卫明[ 利 g / L

利 用 菊 糖 芽 孢 乳 杆 菌

S p o r o l a c t o b a c i l l u s i n u l i n u s A T C C1 5 5 3 8同型发酵产 1 2 8 乳 酸, 产物光学纯度在 9 8 %以上( 表 1 ) 。 g / LD ? B a c i l l u s l a e v o l a c t i c u s 也是同型乳酸发酵菌种, 能将葡萄 ? 乳酸, 且其需要的营养条件比其他乳 糖完全转化为 D
1 9 ] 酸细 菌 低。 B o e r 等[ 利用菌株 B .l a e v o l a c t i c u sN C I B

用紫外和硫酸二乙酯进行复合诱变 S .i n u l i n u s B M E 1 2 6 ,
2 2 ] ? 乳酸产量比出发菌株提高了 4 5 %。X u 等[ 利用 使得 D

氮离子束技术诱变一株野生型芽孢乳杆菌, 突变菌株 S p o r o l a c t o b a c i l l u s s p .Y 2 ? 8能在复杂培养基中发酵生产 1 2 2g / LD ? 乳酸, 葡萄糖的摩尔转化率为 1 6 2 %, D ? 乳酸 产量比出发菌株提高了 1 9 9 %( 表1 ) 。

以葡萄糖为碳源进行 1 0 2 6 9在厌氧鼓泡生物反应器中, 连续培养, 乳酸产率达 1 3g / L ·h 。   传统诱变育种用于提高乳酸细菌的 D ? 乳酸产量的

表1  D ? 乳酸生产菌株的比较 T a b l e 1  C o mp a r i s o no f D ? l a c t a t ep r o d u c i n gs t r a i n s
O r g a n i s m s S .i n u l i n u s A T C C1 5 5 3 8 L .d e l b r e c k i i m u t a n t D P 3 S p r o l a c t o b a c i l l u s m u t a n t Y 2 ? 8 L .d e l b r u e c k i i J C M1 1 4 8 L .d e l b r u e c k i i L .p l a n t a r u m △l d h L 1 / p C U S A α ? ? ? ? ? l d h L 1 ,A m y A R e l e v a n t g e n o t y p e M e d i a ,s u b s t r a t ea n d p r o c e s s c o n d i t i o n s ,f e d ? b a t c h , C o m p l e xm e d i u m g l u c o s e , 2 0 0g / L C o m p l e xm e d i u m ,f e d ? b a t c h , g l u c o s e , 2 1 0g / L C o m p l e xm e d i u m ,f e d ? b a t c h , g l u c o s e , 2 0 0g / L C o m p l e x m e d i u m ,b a t c h , 1 3 % s u g a r c a n ej u i c e C o m p l e x m e d i u m ,b a t c h , 1 0 % r i c es a c c h a r i f i c a t e C o m p l e xm e d i u m ,r a w c o r n s t a r c h ,p H5 . 4 C e l l u l o s eh y d r o l y s a t e C o m p l e xm e d i u m ,c e l l o h e x a o s e C o m p l e xm e d i u m ,β ? g l u c a n A r a b i n o s e X y l o s e C o m p l e xm e d i u m ,t w o ? s t a g e , f e d ? b a t c h , 1 1 5g / Lg l u c o s e M i n e r a ls a l t s , b a t c h , 1 % g l u c o s e M i n e r a ls a l t s , b a t c h , 5 % g l u c o s e M i n e r a l s a l t s ,1m Mb e t a i n e , b a t c h , 1 2 0g / Lg l u c o s e D ? L a c t i ca c i d Y i e l d F e r m e n t a t i o n O p t i c a l p r o d u c t i o n R e f e r e n c e ( g / g %) t i m e( h ) p u r i t y( %) ( g / L ) 1 2 8 1 1 7 1 2 1 . 6 1 2 0 6 2 . 6 7 3 . 2 0 . 5 1 . 2 7 1 . 4 7 3 8 . 6 4 1 . 2 6 2 . 2 6 . 6 4 8 1 1 8 5 1 . 2 4 8 . 7 1 3 8 6 4 5 6 8 1 ? 7 0 8 5 0 . 8 9 ? ? 8 2 8 9 7 2 7 0 9 8 9 8 9 7 9 0 9 9 5 0 1 0 0 5 0 3 0 5 0 4 8 4 8 3 2 3 2 2 7 ? 6 0 1 0 1 6 8 4 1 3 6 > 9 9 . 8 9 6 3 9 N o t r e p o r t e d 3 2 4 3 > 9 8 N o t r e p o r t e d N o t r e p o r t e d 9 8 9 8 . 4 9 9 . 6 1 0 0 9 9 . 5 9 9 . 7 9 9 . 9 9 9 . 2 N o t r e p o r t e d N o t r e p o r t e d 9 9 > 9 9 . 9 1 8 2 0 2 2 2 3 2 1 2 6 2 7 1 3 1 3 3 0 1 3 4 0 4 2 3 7 3 6

L .c o r y n i f o r m i ss u b s p .t o r q u e n s ? A T C C2 5 6 0 0 L .p l a n t a r u m △l d h L 1 / p C U ? C e l A L .p l a n t a r u m △l d h L 1 / p C U ? C e l A L .p l a n t a r u m △l d h L 1 ? x p k 1 : : t k t l d h L 1 ,C e l A l d h L 1 ,C e l A l d h L 1 ? x p k 1 : : t k t

L .p l a n t a r u m △l d h L 1 ? x p k 1 : : t k t ? l d h L 1 ,x p k 1 : :t k t ,x p k 2 , p k 2 / p C U ? P X y l A B X y l A B △x E .c o l i R R 1 E .c o l i J W0 8 8 5 E .c o l i S Z 6 3 E .c o l i T G 1 1 4 p t a ,p p c p f l Ao r p f l B f o c A ,p f l B ,f r d ,a d h E ,a c k A p f l B ,f r d B C ,a d h E ,a c k A , m g s A

E .c o l i S Z 6 3 ( p L O I 3 5 0 1 )

C o m p l e xm e d i u m ,b a t c h , %s u c r o s e p f l B ,f r d B C ,a d h E ,a c k A , 5 C S C R ,C S C A ,C S C K B C o m p l e xm e d i u m ,b a t c h , 5 . 4 %m o l a s s e s a c e E F , p f l , p o x B , p p s , f r d A B C D l d h A , p C R B 2 0 4 (L . Δ d e l b r u e c k i i D ? L D H ) P d c1 : : P p d c 1 ? D ? L D H( L . m e s e n t e r o i d e s D ? L D H ) p d c : : l d h M i n e r a ls a l t s ,t w o ? s t a g e ,f e d ? ,g l u c o s e ,a c e t a t e b a t c h M i n e r a l s a l t s , g l u c o s e f e d ? b a t c h ,

E .c o l i A L S 9 7 4

C .g l u t a m i c u mΔ l d h A / p C R B 2 0 4

1 2 0 6 1 . 5 5 4 . 2 8 1

8 6 . 5 6 1 ( N e u t r a ? l i z i n g ) 5 3( N o n - n e u t r a l i z i n g ) 8 1

3 0 7 2 7 2 2 3

> 9 9 . 9 9 9 . 9

4 9

S .c e r e v i s i a e O C 2

C o m p l e x m e d i u m ,b a t c h , 1 0 % g l u c o s e C o m p l e x m e d i u m (Y P D) , m i c r o a e r o b i cg l u c o s e , 1 0 0g / L

5 0 9 9 . 9 9 9 . 9 5 1

K l u y v e r o m y c e s m a r x i a n u s C D 5 9 0

1 1 8

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  然而, 上述将纯葡萄糖作为原料的 D ? 乳酸发酵工 艺成本较高。这样高成本的 D ? 乳酸产品不适合进一步 作为工业生产聚乳酸的原料。人们不断探索以更容易 ? 乳酸生 获得的廉价、 可再生原料来代替葡萄糖进行 D 产的可行性, 同时, 构建相应的基因工程重组菌株也成 为近些年研究的热点。
2 3 ]   C a l a b i a 等[ 分别以 1 3 %( w / v ) 蔗糖蜜( 共1 1 9g /

a c t o b a c i l l u s 困 难 的 主 要 原 因。 一 些 乳 酸 细 菌 如 L p e n t o s u s 、 L a c t o b a c i l l u s b r e v i s 、 L .p l a n t a r u m和 L e u c o n o s t o c
1 3 ] 自身就具有利用阿拉伯糖或戊糖的能力 [ 。然 l a c t i s

P K途径) , 5 P ? 木酮糖( X 5 P ) 合 而, 经磷酸解酮酶途径( 成 1分子乳酸的同时合成 1分子乙酸, 乳酸对戊糖的转
2 9 ] 。T a n a k a 等研究表明, L .l a c t i s I O ? 1能够 化率很低 [

经戊糖磷酸途径( P P途径) , 将 3分子 5 P ? 木酮糖转化
2 9 ] 为 5分子乳酸 [ , 理论转化率高。以来源于 L .l a c t i s

、 1 3 %( w / v ) 蔗糖汁( 共1 3 3g / L糖) 、 1 0 %( w / v ) L糖) 甜菜汁( 1 0 5g / L糖) 为 原 料, 利用菌株 L .d e l b r u e c k i i J C M1 1 4 8 , 在p H6 、 4 0 ℃ 发酵 7 2h , 分别生产 1 0 7g / L 、 1 2 0g / L 、 8 4g / LD ? 乳酸, D ? 乳酸光学纯度在 9 7 . 2 %~ 9 8 . 3 %。 B e n t h i n等
[ 2 4 ]

I L1 4 0 3菌 株 的 编 码 转 酮 酶 的 t k t 基因替换菌株 L . d h L 1中的编码磷酸酮醇酶的 x p k 1基因, p l a n t a r u m △l 所获得的重组菌株 L . p l a n t a r u m△l d h L 1 ? x p k 1 : : t k t 能以 5 0 %阿拉伯糖生产 3 8 . 6g / LD ? 乳酸, 转化率高达 8 2 %,
[ 3 0 ] 光学纯度达 9 9 . 9 %, 而乙酸含量仅为 0 . 4g / L 。在

以 乳 糖 为 原 料, 利用菌株 L .

L b ? 1 2 , 发酵获得 4 0g / LD ? 乳 酸。 F u k u s h i m a b u l g a r i c u s
2 5 ] 等[ 以米粉的糖化产物为原料, 利用菌株 L .d e l b r u e c k i i

该菌株 中 进 一 步 删 除 x p k 2基 因 并 表 达 来 源 于 L . N R I C1 0 6 9的木酮糖激酶基因( x y l A ) , 所获得 p e n t o s u s 的菌株能够发酵木糖生产 4 1 . 2g / LD ? 乳酸, 转化率达
[ 1 3 ] 8 9 %, 光学纯度达 9 9 . 2 %, 乙酸含量仅为 1 . 0g / L

发酵, D ? 乳酸含量大于 9 7 %, 产率为 7 0 %( 表1 ) 。 虽然有些乳酸细菌自身可以利用淀粉, 但是研究表明, 难以筛选到利用淀粉生产高光学纯度 D ? 乳酸的乳酸细
1 3 ] 2 6 ] 。O k a n o 等[ 利用基因工程手段删除了 菌[

( 表1 ) 。   乳酸细菌发酵生产 D ? 乳酸产量较高, 但其自身合
3 1 ] , 生长需要复杂 成 B族维生素和氨基酸的能力较差 [

L a c t o b a c i l l u s p l a n t a r u m的 L ? L D H 基因( l d h L 1 ) , 并进一 t r e p t o c o c c u s b o v i s 1 4 8的 α ? 淀粉酶基 步表达了来源于 S 因( A m y A) , 所获得的菌株 L .p l a n t a r u m △l d h L 1 / p C U S A能以生 玉 米 淀 粉 为 底 物 生 产 7 3 . 2g / LD ? 乳 α 5 %, 光学纯度高达 9 9 . 6 %。实现了以 酸, 转化率高达 8 淀粉为原料生产高光学纯度的 D ? 乳酸( 表1 ) 。   同步糖化发酵技术( S S F ) , 即一边糖化, 一边发酵 产乳酸, 可以避免葡萄糖浓度过高对水解过程中酶活 力和乳酸发酵的抑制, 还可以充分利用设备, 缩短发酵
2 7 ] 周期, 节约能源。 Y ? n e z 等[ 以纤维素为原料利用菌

的营养条件, 增加了发酵生产的成本, 并且不能有效发 酵戊糖和木质纤维素基质中富含的糖类。其它能够在 无机盐培养基中, 将来源广泛的碳源催化为乳酸的菌 种将降低基于生物质 P L A的生产成本。 2 . 4  重组大肠杆菌用于生产 D ? 乳酸的研究进展   E s c h e r i c h i ac o l i 可发酵产生高光学纯度的 D ? 乳酸
3 2 ] ( 通常在 9 9 %以上) , 且生长速度快、 营养需求简单 [ 。

研究表明与乳酸细菌发酵生产乳酸相比, 重组大肠杆
3 2 ] 菌的优越之处在于其乳酸转化率常常可超过 9 0 %[ 。

株 L a c t o b a c i l l u sc o r y n i f o r m i ss u b s p . t o r q u e n sA T C C 2 5 6 0 0 , 通过添加纤维素酶进行同步糖化发酵生产 D ? 乳 酸, 转化率达 0 . 8 9gD ? 乳酸 / g 纤维素, 生产强度达到 0 . 5g / L ·h 。他们进而将此菌株用于同步糖化发酵纤 维素和半纤维素, D ? 乳酸转化率为 0 . 5 1 4g 乳酸 / g 葡萄 糖, 产量达 2 3 . 4 g / L , 生产强度为 0 . 4 8g / L · h 。然 而, 外源加入纤维素酶势必增加了生产的成本。研究 者在 L .p l a n t a r u m △l d h L 1中 表 达 来 源 于 C l o s t r i d i u m t h e r m o c e l l u m的内切葡聚糖酶基因( C e l A ) , 重组菌株在 2g / L纤维戊糖和纤维六糖的培养基中生产 1 . 2 7g / L
1 3 ] 乳酸 [ 。此外, 通过添加 β ? 葡聚糖酶, 上述重组菌 D ? [ 2 8 ]

更为重要的是, 作为基因操作工程菌, E .c o l i 遗传背景 .c o l i 中基 清楚, 易于进行基因操作, 尤其是近年来在 E
3 3 ] 因敲除技术的快速发展 [ , 使得应用代谢工程策略在

大肠杆菌中积累乳酸更易进行。基于以上优势, 应用 .c o l i 菌株生产 D ? 乳酸得到了人们越来越 代谢工程 E 多的关注。   大肠杆菌具有 3种乳酸脱氢酶, 仅有发酵型乳酸 脱氢酶( 由l d h A编码) 催化丙酮酸还原为 D ? 乳酸, 同时 释放氧化型的 N A D+( 图2 ) 。另外两个以 F A D为辅酶 的L ? 乳酸脱氢酶( 由l l d D编码) 和D ? 乳酸脱氢酶 ( 由 d l d 编码) 称之为乳酸氧化酶则更为贴切, 它们在好氧
3 4 ] 条件下分别氧化 L ? 乳酸和 D ? 乳酸生成丙酮酸 [ ( 图

株可以利用 β ? 葡聚糖生产 D ? 乳酸, 但产量很低 1 ) 。

[ 1 3 ]

( 表

  木糖、 阿拉伯糖等戊糖难以利用是半纤维素利用

2 ) , 对D ? 乳酸的合成无帮助。此外, E .c o l i 中还存在着

2 0 1 0 , 3 0 ( 1 0 )

周 丽 等: 微生物发酵产光学纯度 D ? 乳酸研究进展

1 1 9

利用丙酮醛( m e t h y l g l y o x a l ) 合成 L ? 乳酸和 D ? 乳酸的代 谢途径。由于菌体在代谢失去平衡时, 低磷和二羟丙 酮的积累诱导菌体利用丙酮醛合成酶将二羟丙酮磷酸 ( D H A P ) 转化为丙酮醛, 为了降低过量的丙酮醛对菌体

产生的毒害作用, 菌体进一步利用乙二醛酶系( G L O )
3 5 ? 3 6 ] 代谢丙酮醛生成 D ? 乳酸和 L ? 乳酸来解毒 [ ( 图2 ) 。

.c o l i 菌株通过该途径积累的 L ? 乳酸在发 然而, 通常 E 酵液中几乎检测不到。

图2  E s c h e r i c h i ac o l i 乳酸代谢途径 F i g . 2  N a t i v el a c t a t eme t a b o l i cr o u t e s i nE s c h e r i c h i ac o l i
m g s A :M e t h y l g l y o x a l s y n t h a s e ;g l o A :G l y o x a l a s e l o B :G l y o x a l a s eⅡ;a l d A B :L a c t a l d e h y d ed e h y d r o g e n a s e ;l l d D :L ? l a c t a t ed e h y d r o g e n a s e ; Ⅰ;g d l d :D ? l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e ;l d h A :F e r m e n t a t i v eD ? l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e

  在厌氧条件下, 尤其在低 p H 值条件下, 大肠杆菌 须将丙酮酸还原为还原末端产物如乳酸、 乙醇、 琥珀酸 A D H , 实现辅酶Ⅰ的回复利用, 同时 等, 来释放还原力 N .c o l i 厌氧乳酸发 维持氧化还原平衡。然而, 野生型 E 酵产物中有机酸等副产物含量高, 葡萄糖等底物对乳
3 7 ] 酸的转化率低, 如Z h o u 等[ 报道的未经基因改造的菌

这方面研究的报道也屡见不鲜。   如, 仅突变编码乙酸激酶和丙酮酸转乙酰酶的 a c k A ? p t a 基因能将丙酮酸代谢节点 9 0 . 5 % 的碳架转化
3 9 ] 为乳酸 [ 。这表明通过减少竞争途径来提高特定代谢 4 0 ] 途径的流向是更为有效的方法。此外, C h a n g 等[ 研

究也表明, 具有 p t a基因突变的菌株 J P 2 0 1 , 其D ? 乳酸 产量约提高为出发菌株 R R 1的 6倍。 p t a基因的突变 ? 乳酸产量的同时, 降低了乙酸的合成 型菌株在提高 D 量, 还几乎阻断了甲酸、 乙醇的生成。据分析, 这可能 是由于突变菌株中的 P F L活性降低导致的。经补料分 批发酵实验, 菌株 J P 2 0 1产生 6 0g / LD ? 乳酸, 转化率为 0 . 8g / g , 然而琥珀酸副产物的含量较高, 达 9g / L 。为 了降低产物中琥珀酸的含量, 他们进一步在菌株 J P 2 0 1 中删除了 p p c 基因( 编码磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶) , 这成功抑制了琥珀酸的合成, 菌株 J P 2 0 3在有氧条件下 生长到 1 0g / L干 重 菌 体 ( D WC ) , 再 厌 氧 发 酵, 产生 6 2 . 2g / LD ? 乳酸, 转化率达 0 . 9g / g , 体积生产速率达
[ 4 0 ] 1 . 0 4g / L ·h 。但其缺陷在于, 具有 p p c 基因突变的

株 W3 1 1 0 , D ? 乳酸转化率仅为 4 0 %左右, 为混合乳酸发 ? L D H基因的表达 酵菌株。研究者首先试图通过增加 D 量来增加乳酸的产量, 然而 B u n c h等
[ 3 9 ] [ 3 8 ]

研究表明过量

表达 D ? L D H 会 致 使 重 组 大 肠 杆 菌 生 长 速 度 变 缓 慢。 Y a n g 等 构建了过表达 L D H 的菌株, 其L D H 酶活提

高了 1 0多倍, 仍不能将大部分碳架转化为乳酸, 代谢 流主要流向 a c e t y l ? C o A支路( 图3 ) 。分析其相关代谢 P F L ) 及丙酮酸脱氢酶复 途径发现, 丙酮酸甲酸裂解酶( 合物( P D H ) 、 磷酸烯醇式丙酮酸合酶( P P S ) 、 丙酮酸氧 P O X ) 与L D H 竞争丙酮酸, 分别催化丙酮酸转化 化酶( 为乙酰? C o A 、 磷酸烯醇式丙酮酸、 乙酸( 图3 ) , 降低了 丙酮酸到乳酸代谢流的流量; 同时丙酮酸、 乙酸、 琥珀 酸等代谢产物的积累减少了用于生成乳酸的碳架, 并 降低了乳 酸 产 品 的 化 学 纯 度, 增 加 了 后 续 纯 化 成 本。 利用分子改造方法, 突变大肠杆菌代谢途径中催化有 关反应酶的基因, 将代谢流引向乳酸的产生, 并降低产 物中有机杂酸的含量已成为研究的热点。近年来有关

菌株生长需要三羧酸途径中间产物或者氨基酸。
4 1 ]     Z h u 等[ 发现 E .c o l i 的p f l A 或p f l B 基因( 编码

丙酮酸甲酸裂解酶) 的突变也可以大幅度提高在微好 氧条件下由葡 萄 糖 合 成 D ? 乳 酸 的 产 量。进 一 步 比 较 p y k F ( 编码丙酮酸激酶) 、 p p c 、 p f l A 、 p t a和 a d h E ( 编码乙

1 2 0

中国生物工程杂志 C h i n aB i o t e c h n o l o g y

V o l . 3 0N o . 1 02 0 1 0

醇脱氢酶) 单基因删除突变菌株的 D ? 乳酸发酵产物, 表 明除 p f l A 外, p t a、 p p c 基因突变菌株也能显著提高
4 2 ] D ? 乳酸的产量 [ 。   

培养基以葡萄糖为碳源发酵乳酸, 乳酸生产强度达到
[ 4 7 ] 1 8~ 1 9m m o l / L ·h 。 [ 3 2 ]   此外, Z h u 等以 E .c o l i Y Y C 2 0 2 ( 具有 a c e E F 、 p f l 、

  F l o r i d a 大学 I n g r a m 课题组在 E .c o l i 产D ? 乳酸的 0 0 3 代谢工程及发酵工艺方面做了大量的研究工作。2 年, Z h o u 等
[ 3 7 ]

p o x B 、 p p s 基因突变, 好氧生长为乙酸异养型, 厌氧条件 6h 产生 9 0g / L乳酸, 转化率 0 . 9 5g / g , 体积生 下发酵 1 产速率为 5 . 6g / L ·h ) 为出发菌株, 突变其 f r d A B C D基 L S 9 7 4 。菌株 A L S 9 7 4在好氧阶段利用 因, 获得菌株 A 乙酸盐生长菌体、 厌氧阶段利用葡萄糖发酵获 1 3 8g / L 乳酸, 转化率为 9 7 %, 产率高达 6 . 3g / L ·h , 而副产物 琥珀酸含量仅为 3g / L 。这是目前实验室水平分批发 酵生产 D ? 乳酸的最高产量。

通过删除 E . c o l i W3 1 1 0菌株染色体上的

f r d B C ( 编码富马酸还原酶) 、 a d h E和 p f l B基因, 以去除 乳酸合成过程 中 的 竞 争 途 径 和 副 产 物 合 成 途 径。其 中, f r d B C基因的删除能够成功抑制琥珀酸的合成, 同 时f r d 基因突变的菌株仍是自养型的, 在无机盐培养基 中生长不需添加特殊底物; p f l B基因的删除在消除甲酸 合成的同时, 还抑制了其下游途径中乙酸、 和乙醇的合 成( 图3 ) ; 而a d h E基因的删除则抑制了乙醇的合成。 所获得的菌株 S Z 5 8在无机盐培养基中经 1 6 8h发酵, 将5 %葡萄糖转化为 4 8g / LD ? 乳酸, 转化率达 9 5 %, D ? 乳酸化学纯度达到 9 8 %, 光学纯度大于 9 9 %( 表1 ) 。 c k A基因, 获得菌株 S Z 6 3 , 其生 进一步突变该菌株的 a 长抑制得 到 改 善, 乳 酸 合 成 速 度 加 快, 乙酸的形成降 . 低。为了扩 大 底 物 利 用 范 围, 他们还克隆了菌株 E c o l i K O 1 1的蔗糖利用基因簇( c s c R ’ ,c s c A ,c s c K B ) , 并 将其在菌株 S Z 6 3中表达, 重组菌株 S Z 6 3 ( p L O I 3 5 0 1 )
4 3 ] 0 0 m m o l / LD ? 乳 酸[ ( 表 能利用 蔗 糖 或 者 糖 浆 生 产 5

1 ) 。此外, 由于多基因的突变使得重组菌株的生长速 度变得缓慢, 他们不断通过基于菌体生长速度或基于 D ? 乳酸产量的代谢进化来优化 D ? 乳酸生产菌株的发酵 性能。经过代谢进化的重组菌株 S Z 1 3 2和 S Z 1 8 6能以 1 0 %( w / v ) 的葡萄糖或蔗糖的无机盐培养基中发酵, 生
4 4 ] 产6 6 7~ 7 0 0m m o l D ? 乳酸, 转化率在 8 8 %~ 9 5 %[ 。

图3  E s c h e r i c h i ac o l i 菌株代谢葡萄糖 过程中的主要酶反应 F i g . 3  K e ye n z y ma t i cr e a c t i o n s i nE s c h e r i c h i ac o l i s t r a i n s u s i n gg l u c o s ea s c a r b o ns o u r c e
p p s :P E Ps y n t h a s e ;p f l :P y r u v a t ef o r m a t el y a s e ;t d c E :P y r u v a t e ,h o m o l o g o u st op f l B :p d h :P y r u v a t ed e h y d r o g e n a s e f o r m a t e ? l y a s e c o m p l e x ;p p c :P E Pc a r b o x y l a s e ;l d h A :F e r m e n t a t i v eD ? l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e ; p o x B : P y r u v a t e o x i d a s e ; a c s : A c e t y l ? C o A ;p t a :P h o s p h o t r a n s a c e t y l a s e ;a c k A :A c e t a t ek i n a s e ; s y n t h e t a s e t d c D :P r o p i o n a t ek i n a s e ,h o m o l o g o u st oa c k A ;a d h E :A l c o h o l ;m d h :M a l a t ed e h y d r o g e n a s e ;f u m A B C D :F u m a r a t e d e h y d r o g e n a s e h y d r a t a s e ;f r d A B C D :F u m a r a t er e d u c t a s e ;a c e A :I s o c i t r a t el y a s e ; a c e B :M a l a t e s y n t h a s eA

然而, 在用高浓度糖进行发酵时, 高渗透压会限制菌体 的糖酵解速度、 生长速度、 D ? 乳酸生产速度以及对乳酸 的耐受程度。他们发现, 甜菜碱作为一种渗透压保护 剂, 能够显著提高菌体在无机盐培养基中的乳酸产量 和对糖及乳酸的耐受性。添加甜菜碱使得在发酵过程 中细胞产量增加, D ? 乳酸体积产量增加了 3倍, 但其弊
4 5 ? 4 6 ] 端在于 D ? 乳酸光学纯度从 9 9 % 降为 9 5 %[ 。其手

性污染来源是丙酮醛合成酶途径中产生的少量 L ? 型乳 酸。在菌株 S Z 1 9 4中进一步突变编码丙酮醛合成酶基 因( m g s A ) , 突变菌株 T G 1 1 4能够合成 9 9 . 9 % 以上光学 纯度的 D ? 乳酸, 该菌株在含有 1 m m o l / L甜菜碱的无机 盐培养基中能将 1 2 %( w / v ) 葡萄糖转化为 1 1 8g / L乳
4 6 ] 酸, 转化率达 9 8 %[ ( 表1 ) 。将无机盐培养基进一步

  基于以上研究, 应用大肠杆菌生产 D ? 乳酸在培养 基营养需求、 D ? 乳酸产量、 对葡萄糖底物的转化率、 光

简化, 所获得的 A M 1培养基仅含有 4 . 2g / L盐, 应用该

2 0 1 0 , 3 0 ( 1 0 )

周 丽 等: 微生物发酵产光学纯度 D ? 乳酸研究进展

1 2 1

学纯度等方面与乳酸细菌相比都已显示出巨大的优越 性( 表1 ) 。然而, 微生物的代谢调控是一个非常复杂的 .c o l i 遗传和代谢信息, 过程, 虽然人们已获得了很多 E 许多代谢网络节点之间的作用仍不清楚, 选择一套最 ? 乳酸生产重组 E .c o l i 构建方案仍然不是一件容 佳D 易的事, 还有待进一步研究。 2 . 5  其它 D ? 乳酸生产菌株的研究进展   谷氨酸棒杆菌常被用于生产 L ? 谷氨酸和 L ? 赖氨 酸, 然而, 因其自身具有 L ? L D H , 也可利用无机盐培养 基生产高浓度的 L ? 乳酸
[ 4 8 ]

  此外, 还有用其它菌株生产 D ? 乳酸的研究报道, 如
5 2 ] N a k a h a r a 等筛选的 P s e u d o m o n a ss p .T B ? 1 3 5菌 株 [ 、 5 3 ] H i r a y a m a 等[ 从S a k i t o 岛的海水中筛选的在厌氧及无

光条 件 下 自 身 发 酵 淀 粉 产 D ? 乳酸的微藻类菌株 N a n n o c h l o r u ms p . 2 6 A 4等。   表 1比较了各 D ? 乳酸生产菌株的生产能力及其培 养条件。由表可见, 每种 D ? 乳酸生产菌株都有自身的 ? 乳酸产量及生产速率高, 但 优势和劣势。乳酸细菌 D 其生长需要复杂的营养成分; 代谢工程菌株 E .c o l i 能 ? 乳酸, 但其产量和生 够在无机盐培养基中厌氧发酵 D 产速率不及乳酸细菌; C .g l u t a m i c u m 能够在无机盐培 ? 乳酸, 且其产量和生产速率高, 但发酵液 养基中生产 D 中副产物含量高, 需要将出发菌株进行代谢途径改造, 然而在该菌株中进行基因操作要比在 E .c o l i 中困难得 多; S .c e r e v i s i a e 能够耐受高糖浓度和低 p H 环境, 作为 D ? 乳酸生产菌株可以省去添加中和碱, 但其 D ? 乳酸产 量、 生产速率以及转化率低。同时具备高产量、 高转化 率、 高生产强度、 高产物纯度、 高耐酸能力、 低营养需求 的优良菌株至今还没有获得, D ? 乳酸生产菌株的改良 还有很大的研究空间。

。将其自身 L ? L D H 编码基

因失活, 并表达来源于 L .d e l b r u e c k i i 的发酵型 D ? L D H 基因, 所获得的菌株 C o r y n e b a c t e r i u mg l u t a m i c u mΔ l d h A/ 达到 p C R B 2 0 4 在无机盐培养基中经分批补料发酵, 6 0g / gD WC , 发酵 3 0h 产生 1 . 3 3 6 m o l / L( 1 2 0g / L )D ? 乳酸, 产物光学纯度大于 9 9 . 9 %。与上述产 D ? 乳酸重 组E .c o l i 菌株相比, 该菌株同样营养需求简单、 产物光 ? 乳酸。 学纯度高, 且能在更短的时间内获得高产量 D 但发酵过程中同时产生 1 7g / L琥珀酸、 3g / L乙酸, 这 些副产物的产生使得其 D ? 乳酸转化率较低。进一步删 除编码磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、 乙酸激酶、 C o A转移 酶的基因也许能够降低琥珀酸和乙酸的合成, 并提高 乳酸的转化率。   如上所述, 应用重组 E .c o l i 生产 D ? 乳酸取得了较 好的效果, 但若不添加中和碱, 低p H 值会抑制 E .c o l i 的生长 和 乳 酸 的 合 成, 而添加的中和碱( 如 C a C O 、 3 N a O H和 N H O H ) 与乳酸形成乳酸盐, 提取过程中将乳 4 酸盐重新生成目的产物乳酸较困难, 且大量的 C a S O 4 废杂对环境造成了极大的污染, 限制了此方法的应用。 酵母菌对低 p H的耐受性比大肠杆菌强, I s h i d a 等
[ 5 0 ] [ 4 9 ]

3  展 望
  发酵工业的快速发展, 尤其是燃料乙醇生产的快 速膨胀, 使得淀粉质原料如: 玉米、 小麦、 大米、 红薯等 变得已不再像从前一样丰富而廉价。此外, 这些粗原 料的预处理过程极大地增加了 D ? 乳酸发酵生产的成 本, 使得其发酵产品在作为聚乳酸生产的原料时不具 有价格优势。开拓新的原料来源, 如木质纤维素乃至 生活废弃物类原料, 并对 D ? 乳酸生产菌株的代谢途径 进行改造使其能快速利用这些原料生产 D ? 乳酸, 不仅 可以降低生产成本而且可以避免发酵工业与人争粮的 现象。虽然研究 者 们 已 在 有 关 领 域 进 行 了 大 量 的 工 作, 至今纤维素类原料的利用仍然困难, 还有待更深入 的研究。   基因工程手段在改造生产菌株的代谢途径中体现 了重要的作用, 并将是 D ? 乳酸发酵生产菌株的研究趋 势。通过代谢途径的改造理解微生物的代谢机制, 并 将基因工程手段与发酵工艺控制相结合, 对D ? 乳酸生 产菌株进行全局的代谢调控, 将有助于进一步降低副 产物的含量, 提高产品的品质, 提高菌株的产量、 转化 率和生产强度等。   D ? 乳酸发酵过程中存在的瓶颈性问题是, 大多数



a c c h a r o m y c e s c e r e v i s i a e O C 2 , 建了一株重组酿酒酵母菌 S 此菌株的丙酮酸脱羧酶 1的编码基因被删除, 染色体 D N A中整合了两个拷贝的来源于 L e u c o n o s t o c m e s e n t e r o i d e s 的D ? L D H 基因。在加入中和碱的条件下 该重组 菌 能 生 产 6 1 . 5g / LD ? 乳 酸, 葡萄糖转化率为 6 1 . 2 %。值得注意的是, 若发酵过程中不加碱中和乳 酸, 该菌株仍可将 5 3 . 0 % 的葡萄糖转化为 5 4 . 2g / L游 离D ? 乳酸, D ? 乳酸光学纯度达到 9 9 . 9 % 以上。与上述 乳酸生产菌株相比, 这一研究提供了不加中和剂发酵 生产纯 D ? 乳酸的新途径。    R a j g a r h i a等
[ 5 1 ]

还利用重组马克斯克鲁维酵母

K l u y v e r o m y c e s m a r x i a n u s C D 5 9 0发酵生产 D ? 乳酸, D ? 乳 酸产量较高, 且产酸速率快。

1 2 2

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V o l . 3 0N o . 1 02 0 1 0

生产菌株耐酸程度有限, 需要在发酵过程中添加碱中 和产物乳酸。然而, 产物乳酸钙对菌体生长和乳酸合 成仍会产生一定的抑制作用, 影响产物浓度的提高, 同 时乳酸钙的形成使分离纯化过程变得复杂, 使纯化成 本增加。此外, 乳酸提取过程中产生的大量的硫酸钙 废杂物是乳酸发酵生产的极大污染。发酵过程中从培 养介质中及时移走乳酸可达到减少产物抑制、 控制 p H 值的目的, 从而有助于提高产量、 生产速率和原料的利 用率、 降低产品后续提取成本等。近年来将发酵过程 与产品分离、 提取过程相结合的乳酸发酵生产技术得 到了快速的发展。原位分离技术是指将生产细胞的代
1 6 ] 谢产物快速移去的方法 [ 。按照将乳酸产物从发酵液

物的合成与结构表征.离子交换与吸附,1 9 9 5 ,1 1 ( 3 ) :2 4 5 ? 2 5 2 . ,Y uY H ,Z h a n gB H ,e ta l .I o nE x c h a n g ea n d S o n gM D A d s o r p t i o n , 1 9 9 5 , 1 1 ( 3 ) : 2 4 5 ? 2 5 2 . [7]王晨宏,李弘,王玉琴.聚乳酸类生物降解性高分子材料研 2 0 0 1 , 1 7 ( 4 ) : 3 6 9 ? 3 7 8 . 究进展.离子交换与吸附, Wa n g CH ,LH ,Wa n gY Q .I o nE x c h a n g ea n dA d s o r p t i o n , 2 0 0 1 , 1 7 ( 4 ) : 3 6 9 ? 3 7 8 . [8]Y a m a n eH ,S a s a i K ,T a k a n oM,e t a l .P o l y ( D ? l a c t i c a c i d )a s a ( L ? l a c t i ca c i d ) :S h e a ra n db i a x i a l r h e o l o g i c a l m o d i f i e ro fp o l y e x t e n s i o n a l f l o wb e h a v i o r .J o u r n a l o f R h e o l o g y ,2 0 0 4 ,4 8 ( 3 ) : 5 9 9 ? 6 0 9 . [9]郝国庆.可降解高分子材料聚乳酸综述.太原科技,2 0 0 6 , 1 0 : 1 3 ? 1 4 . H a oGQ .T a i y u a nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , 2 0 0 6 , 1 0 : 1 3 ? 1 4 . [ 1 0 ] We eY J ,K i m JN ,R y uH W.B i o t e c h n o l o g i c a l p r o d u c t i o no f l a c t i ca c i da n di t sr e c e n ta p p l i c a t i o n s .F o o dT e c h n o l o g ya n d , 2 0 0 6 , 4 4 ( 2 ) : 1 6 3 ? 1 7 2 . B i o t e c h n o l o g y [ 1 1 ]赵鑫,赵良启,谢红.发酵生产 L ? 乳酸的现状与展望.山西 化工, 2 0 0 5 , 2 5 ( 1 ) : 1 5 ? 1 9 . ,Z h a o LQ ,X i e H .S h a n x i C h e m i c a l I n d u s t r y , 2 0 0 5 , 2 5 Z h a oX ( 1 ) : 1 5 ? 1 9 .

中移走的方式的不同, 可分为电渗析发酵、 膜法发酵、 萃取发酵和吸附发酵等。原位分离技术多应用于研究 L ? 乳酸发酵, 尚无将原位分离技术应用于 D ? 乳酸发酵 ? 乳酸生产 的报道。因此, 在进一步开发耐酸性高的 D 菌株的同时, 改进现有的乳酸原位分离发酵工艺, 实现 D ? 乳酸发酵生产与分离的有效耦合具有重大的研究价 值和广阔的应用前景。

参考文献
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[ 1 2 ]V i j a y a k u m a r J ,A r a v i n d a nR ,V i r u t h a g i r i T .R e c e n t t r e n d s i nt h e p r o d u c t i o n ,p u r i f i c a t i o na n da p p l i c a t i o no f l a c t i ca c i d .C h e m i c a l a n dB i o c h e m i c a l E n g i n e e r i n g Q u a r t e r l y , 2 0 0 8 , 2 2 ( 2 ) : 2 4 5 ? 2 6 4 . [ 1 3 ]O k a n o K ,T a n a k a T ,O g i n o C ,e t a l .B i o t e c h n o l o g i c a l p r o d u c t i o n o f e n a n t i o m e r i cp u r el a c t i ca c i df r o mr e n e w a b l er e s o u r c e s :r e c e n t a c h i e v e m e n t s , p e r s p e c t i v e s , a n d l i m i t s . A p p l i e dM i c r o b i o l o g y a n d , 2 0 0 9 , 8 5 ( 3 ) : 4 1 3 ? 4 2 3 . B i o t e c h n o l o g y [ 1 4 ]乔长晟.L ? 乳酸高产突变株的诱变选育及发酵条件的研究. 天津:天津轻工业学院,食品工程系, 2 0 0 1 . Q i a oC S .B r e e d i n go fL ? l a c t i ca n dp r o d u c e ra n dr e s e a r c ho f :T i a n j i nI n s t i t u t eo fL i g h t f e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n s .T i a n j i n I n d u s t r y ,D e p a r t m e n t o f F o o dE n g i n e e r i n g , 2 0 0 1 . [ 1 5 ]王海燕,刘铭,王化军,等.乳酸生产中的微生物代谢工程. 过程工程学报, 2 0 0 6 , 6 ( 3 ) : 5 1 2 ? 5 1 6 . ,L i uM ,Wa n gH J ,e t a l .T h eC h i n e s eJ o u r n a l o f Wa n gH Y P r o c e s s E n g i n e e r i n g , 2 0 0 6 , 6 ( 3 ) : 5 1 2 ? 5 1 6 . [ 1 6 ]李剑.L a c t o b a c i l l u s s p .M D ? 1菌株乳酸脱氢酶基因的克隆表 达及 L ? 和D ? 乳酸工程菌的构建.天津:南开大学,生命科学 学院, 2 0 0 4 . L i J .C l o n i n ga n do v e r e x p r e s s i o no f l a c t a t ed e h y d r o g e n a s eg e n e s f r o mL a c t o b a c i l l u ss p .M D ? 1a n dc o n s t r u c t i o no f L ? a n dD ? l a c t i c :N a n K a iU n i v e r s i t y ,L i f e a c i de n g i n e e r i n gb a c t e r i a .T i a n j i n C o l l e g e , 2 0 0 4 . [ 1 7 ]丁子建,柏中中,孙志浩,等.芽孢乳杆菌发酵葡萄糖制备 D ( ? ) ? 乳酸的研究.生物加工过程, 2 0 0 4 , 2 ( 3 ) : 3 0 ? 3 6 .

2 0 1 0 , 3 0 ( 1 0 )

周 丽 等: 微生物发酵产光学纯度 D ? 乳酸研究进展

1 2 3

D i n gZJ , B a i ZZ , S u n ZH , e t a l . C h i n e s e J o u r n a l o f B i o p r o c e s s , 2 0 0 4 , 2 ( 3 ) : 3 0 ? 3 6 . E n g i n e e r i n g [ 1 8 ]K o s a k i .P r o d u c t i o no fh i g ho p t i c a lp u r i t yD ? l a c t i ca c i d :U S , 5 4 6 6 5 8 8 . 1 9 9 5 ? 1 1 ? 4 . [ 1 9 ]d e B o e r J P ,T e i x e i r a d e M a t t o s MJ ,N e i j s s e l OM.D ( ? ) ? l a c t i c a c i dp r o d u c t i o nb ys u s p e n d e da n da g g r e g a t e dc o n t i n u o u sc u l t u r e s B a c i l l u s l a e v o l a c t i c u s . A p p l i e d M i c r o b i o l o g y a n dB i o t e c h n o l o g y , o f 1 9 9 0 , 3 4 ( 2 ) : 1 4 9 ? 1 5 3 . [ 2 0 ]D e m i r i c i A , P o m e t t o I I I AL . E n h a n c e d p r o d u c t i o no f D ( ? ) ? l a c t i c L a c t o b a c i l l u s d e l b r u e c k i i A T C C9 6 4 9 .J o u r n a l a c i db ym u t a n t s o f o f I n d u s t r i a l M i c r o b i o l o g ya n dB i o t e c h n o l o g y ,1 9 9 2 ,1 1 ( 1 ) : 2 3 ? 2 8 . [ 2 1 ]付卫明.D ? 乳酸高产菌株的诱变选育及其发酵条件的优化. 天津:天津大学,化工学院, 2 0 0 3 . F uW M .B r e e d i n go f D ? l a c t i ca c i dp r o d u c e r a n do p t i m i z a t i o no f f e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n s .T i a n j i n :T i a n j i nU n i v e r s i t y ,D e p a r t m e n t o f B i o c h e m i c a l E n g i n e e r i n g , 2 0 0 3 . [ 2 2 ]X uTT ,B a i ZZ ,Wa n g LJ ,e t a l .B r e e d i n g o f D ( ? ) ? l a c t i c a c i d h i g hp r o d u c i n gs t r a i nb yl o w ? e n e r g yi o ni m p l a n t a t i o n a n d p r e l i m i n a r y a n a l y s i s o f r e l a t e dm e t a b o l i s m .A p p l i e dB i o c h e m i s t r y a n dB i o t e c h n o l o g y , 2 0 0 8 , 1 6 0 ( 2 ) : 3 1 4 ? 3 2 1 . [ 2 3 ]C a l a b i aB P ,T o k i w aY .P r o d u c t i o no fD ? l a c t i ca c i df r o m ,s u g a r c a n ej u i c ea n ds u g a rb e e tj u i c eb y s u g a r c a n em o l a s s e s L a c t o b a c i l l u s d e l b r u e c k i i .B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s ,2 0 0 7 ,2 9 ( 9 ) : 1 3 2 9 ? 1 3 3 2 . [ 2 4 ]B e n t h i nS ,V i l l a d s e nJ .P r o d u c t i o no f o p t i c a l l y p u r eD ? l a c t a t eb y L a c t o b a c i l l u sb u l g a r i c u sa n dp u r i f i c a t i o nb yc r y s t a l l i s a t i o na n d l i q u i d / l i q u i de x t r a c t i o n . A p p l i e d M i c r o b i o l o g y a n dB i o t e c h n o l o g y , 1 9 9 4 , 4 2 ( 6 ) : 8 2 6 ? 8 2 9 . [ 2 5 ]F u k u s h i m aK ,S o q oK ,M i u r aS ,e t a l .P r o d u c t i o no f D ? l a c t i c a c i db yb a c t e r i a lf e r m e n t a t i o no fr i c es t a r c h .M a c r o m o l e c u l a r B i o s c i e n c e , 2 0 0 4 , 4 ( 1 1 ) : 1 0 2 1 ? 1 0 2 7 . [ 2 6 ]O k a n oK ,Z h a n gQ ,S h i n k a w aS ,e t a l .E f f i c i e n t p r o d u c t i o no f o p t i c a l l yp u r eD ? l a c t i ca c i df r o m r a wc o r ns t a r c hb yu s i n g g e n e t i c a l l y m o d i f i e d L ? l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e g e n e ? d e f i c i e n t a n d ? α a m y l a s e ? s e c r e t i n gL a c t o b a c i l l u sp l a n t a r u ms t r a i n .A p p l i e da n d , 2 0 0 9 , 7 5 ( 2 ) : 4 6 2 ? 4 6 7 . E n v i r o n m e n t a l M i c r o b i o l o g y [ 2 7 ]Y á ? e z R ,M o l d e s AB ,A l o n s oJ L ,e t a l .P r o d u c t i o no f D ( ? ) ? l a c t i ca c i df r o mc e l l u l o s eb ys i m u l t a n e o u ss a c c h a r i f i c a t i o na n d a c t o b a c i l l u sc o r y n i f o r m i ss u b s p .t o r q u e n s . f e r m e n t a t i o nu s i n gL B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s , 2 0 0 3 , 2 5 ( 1 4 ) : 1 1 6 1 ? 1 1 6 4 . [ 2 8 ]Y á ? e z R ,A l o n s o J L ,P a r a j ó J C .D ? L a c t i c a c i dp r o d u c t i o nf r o m w a s t e c a r d b o a r d . J o u r n a l o f C h e m i c a l T e c h n o l o g y a n d B i o t e c h n o l o g y , 2 0 0 5 , 8 0 ( 1 ) : 7 6 ? 8 4 . [ 2 9 ]T a n a k aK ,K o m i y a m aA ,S o n o m o t oK ,e ta l .T w od i f f e r e n t p a t h w a y sf o rD ? x y l o s em e t a b o l i s m a n dt h ee f f e c to fx y l o s e c o n c e n t r a t i o no nt h ey i e l dc o e f f i c i e n t o f L ? l a c t a t ei nm i x e d ? a c i d

f e r m e n t a t i o nb yt h el a c t i ca c i db a c t e r i u mL a c t o c o c c u s l a c t i s I O ? 1 . ,2 0 0 2 ,6 0 ( 1 ? 2 ) :1 6 0 ? A p p l i e dM i c r o b i o l o g y a n dB i o t e c h n o l o g y 1 6 7 . [ 3 0 ]O k a n oK ,Y o s h i d aS ,T a n a k aT ,e ta l .H o m oD ? l a c t i ca c i d f e r m e n t a t i o nf r o m a r a b i n o s eb yr e d i r e c t i o no fp h o s p h o k e t o l a s e p a t h w a yt o p e n t o s e p h o s p h a t ep a t h w a yi nL ? l a c t a t ed e h y d r o g e n a s e a c t o b a c i l l u s g e n e ? d e f i c i e n t L p l a n t a r u m . A p p l i e d a n d

E n v i r o n m e n t a l M i c r o b i o l o g y , 2 0 0 9 , 7 5 ( 1 5 ) : 5 1 7 5 ? 5 1 7 8 . [ 3 1] H o f v e n d a h lK ,H a h n ? H ? g e r d a lB .F a c t o r sa f f e c t i n gt h e f e r m e n t a t i v el a c t i ca c i dp r o d u c t i o nf r o m r e n e w a b l er e s o u r c e s . E n z y m ea n dM i c r o b i a l T e c h n o l o g y , 2 0 0 0 , 2 6 ( 2 ? 4 ) : 8 7 ? 1 0 7 . [ 3 2 ]Z h u Y , E i t e m a nMA , D e Wi t t K , e t a l . H o m o l a c t a t e f e r m e n t a t i o n b ym e t a b o l i c a l l ye n g i n e e r e dE s c h e r i c h i ac o l i s t r a i n s .A p p l i e da n d , 2 0 0 7 , 7 3 ( 2 ) : 4 5 6 ? 4 6 4 . E n v i r o n m e n t a l M i c r o b i o l o g y [ 3 3 ]D a t s e n k o KA , Wa n n e r BL .O n e ? s t e P i n a c t i v a t i o no f c h r o m o s o m a l g e n e s i n E s c h e r i c h i ac o l i K ? 1 2u s i n g P C Rp r o d u c t s . P r o c e e d i n g s o f t h eN a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e o f t h e U n i t e dS t a t e s o f A m e r i c a , 2 0 0 0 , 9 7 ( 1 2 ) : 6 6 4 0 ? 6 6 4 5 . [ 3 4 ]D y mO , P r a t t EA , H o C , e t a l . T h e c r y s t a l s t r u c t u r e o f D ? l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e ,ap e r i p h e r a lm e m v r a n er e s p i r a t o r ye n z y m e . P r o c e e d i n g so ft h eN a t i o n a lA c a d e m yo fS c i e n c eo ft h eU n i t e d S t a t e s o f A m e r i c a , 2 0 0 0 , 9 7 ( 1 7 ) : 9 4 1 3 ? 9 4 1 8 . [ 3 5 ]B o o t hI R ,F e r g u s o nGP ,M i l l e r S ,e t a l .B a c t e r i a l p r o d u c t i o no f m e t h l g l y o x a l :a s u r v i v a ls t r a t e g yo rd e a t hb ym i s a d v e n t u r e ? . B i o c h e m i c a l S o c i e t yT r a n s a c t i o n s , 2 0 0 3 , 3 1 ( 6 ) : 1 4 0 6 ? 1 4 0 8 . [ 3 6 ]G r a b a r TB , Z h o uS , S h a n m u g a mKT , e t a l . M e t h l g l y o x a l b y p a s s i d e n t i f i e da s s o u r c e o f c h i r a l c o n t a m i n a t i o ni nL (+ )a n dD (- ) ? l a c t a t e f e r m e n t a t i o n s b y r e c o m b i n a n t E s c h e r i c h i a c o l i . , 2 0 0 6 , 2 8 ( 1 9 ) : 1 5 2 7 ? 1 5 3 5 . B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s [ 3 7 ]Z h o uSD ,C a u s e y TB ,H a s o n a A ,e t a l .P r o d u c t i o no f o p t i c a l l y p u r ed ? l a c t i ca c i di nm i n e r a ls a l t sm e d i u m b ym e t a b o l i c a l l y e n g i n e e r e dE s c h e r i c h i ac o l i W3 1 1 0 .A p p l i e da n dE n v i r o n m e n t a l , 2 0 0 3 , 6 9 ( 1 ) : 3 9 9 ? 4 0 7 . M i c r o b i o l o g y [ 3 8 ]B u n c hP K ,J a nFM,L e eN ,e t a l .T h el d h Ag e n ee n c o d i n gt h e s c h e r i c h i a c o l i . f e r m e n t a t i v e l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e o f E M i c r o b i o l o g y , 1 9 9 7 , 1 4 3 ( 1 ) : 1 8 7 ? 1 9 5 . [ 3 9 ]Y a n gY T ,S a nK Y .R e d i s t r i b u t i o no fm e t a b o l i cf l u x e si n E s c h e r i c h i a c o l i w i t h f e r m e n t a t i v e l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e ,1 9 9 9 ,1 o v e r e x p r e s s i o na n dd e l e t i o n .M e t a b o l i cE n g i n e e r i n g ( 2 ) : 1 4 1 ? 1 5 2 . [ 4 0 ]C h a n gD E ,J u n gH C ,R h e eJS ,e ta l .H o m o f e r m e n t a t i v e p r o d u c t i o no fD ?o rL ? l a c t a t ei n m e t a b o l i c a l l ye n g i n e e r e d E s c h e r i c h i ac o l i R R 1 .A p p l i e da n dE n v i r o n m e n t a l M i c r o b i o l o g y , 1 9 9 9 , 6 5 ( 4 ) : 1 3 8 4 ? 1 3 8 9 . [ 4 1 ]Z h uJ ,S h i m i z uK .T h ee f f e c to fp f lg e n ek n o c k o u to nt h e s c h e r i c h i a m e t a b o l i s mf o r o p t i c a l l yp u r eD ? l a c t a t ep r o d u c t i o nb yE c o l i .A p p l i e dM i c r o b i o l o g ya n dB i o t e c h n o l o g y ,2 0 0 4 ,6 4 ( 3 ) :

1 2 4
3 6 7 ? 3 7 5 .

中国生物工程杂志 C h i n aB i o t e c h n o l o g y

V o l . 3 0N o . 1 02 0 1 0

E s c h e r i c h i ac o l i B .B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s ,2 0 0 7 ,2 9 ( 3 ) :3 9 7 ? 4 0 4 . [ 4 8 ]O k i n oS ,I n u i M,Y u k a w aH .P r o d u c t i o no f o r g a n i ca c i d sb y C o r y n e b a c t e r i u mg l u t a m i c u mu n d e ro x y g e nd e p r i v a t i o n .A p p l i e d M i c r o b i o l o g ya n dB i o t e c h n o l o g y , 2 0 0 5 , 6 8 ( 4 ) : 4 7 5 ? 4 8 0 . [ 4 9 ]O k i n o S ,S u d aM ,F u j i k u r a K ,e t a l .P r o d u c t i o no f D ? l a c t i c a c i d b yC o r y n e b a c t e r i u m g l u t a m i c u m u n d e ro x y g e n d e p r i v a t i o n . A p p l i e dM i c r o b i o l o g ya n dB i o t e c h n o l o g y ,2 0 0 8 ,7 8 ( 3 ) :4 4 9 ? 4 5 4 . [ 5 0 ]I s h i d a N ,S u z u k i T ,T o k u h i r o K ,e t a l .D ? l a c t i ca c i dp r o d u c t i o n b ym e t a b o l i c a l l ye n g i n e e r e dS a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e .J o u r n a l o f B i o s c i e n c ea n dB i o e n g i n e e r i n g , 2 0 0 6 , 1 0 1 ( 2 ) : 1 7 2 ? 1 7 7 . [ 5 1 ]R a j g a r h i a V , D u n d o n CA , O l s o nS , e t a l . M e t h o d s a n d m a t e r i a l s f o r t h ep r o d u c t i o no f D ? l a c t i ca c i di ny e a s t .U n i t e dS t a t e s P a t e n t A p p l i c a t i o n , 2 0 0 4 0 0 2 9 2 5 6 , 2 0 0 4 ? 2 ? 1 2 . [ 5 2 ]N a k a h r a T ,T e r a s a w a M,Y u g a w a H .P r o d u c t i o no f D ? L a c t i c a c i d a n dg e n u s P s e u d o m o n a s b a c t e r i u m .J P 4 2 7 1 7 8 7 . 1 9 9 2 ? 0 9 ? 2 8 . [ 5 3 ]H i r a y a m aS ,U e d aR .P r o d u c t i o no f o p t i c a l l yp u r eD ? l a c t i ca c i d b y N a n n o c h l o r u m s p . 2 6 A 4 . A p p l i e d B i o c h e m i s t r y a n d , 2 0 0 4 , 1 1 9 ( 1 ) : 7 1 ? 7 8 . B i o t e c h n o l o g y

[ 4 2 ]Z h uJ ,S h i m i z uK .E f f e c to fas i n g l e ? g e n ek n o c k o u to nt h e m e t a b o l i cr e g u l a t i o ni nE s c h e r i c h i ac o l if o rD ? l a c t a t ep r o d u c t i o n ,2 0 0 5 ,7 u n d e r m i c r o a e r o b i cc o n d i t i o n .M e t a b o l i cE n g i n e e r i n g ( 2 ) : 1 0 4 ? 1 1 5 . [ 4 3 ]S h u k aVB ,Z h o uS ,Y o m a n o LP ,e t a l .P r o d u c t i o no f D (- ) ? l a c t a t ef r o ms u c r o s ea n dm o l a s s e s .B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s ,2 0 0 4 , 2 6 ( 9 ) : 6 8 9 ? 6 9 3 . [ 4 4 ]Z h o uS ,Y o m a n oLP ,S h a n m u g a m KT ,e t a l .F e r m e n t a t i o no f 1 0 %( w / v )s u g a rt oD (-) ? l a c t a t eb ye n g i n e e r e dE s c h e r i c h i a c o l i B .B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s , 2 0 0 5 , 2 7 ( 2 3 ? 2 4 ) : 1 8 9 1 ? 1 8 9 6 . [ 4 5 ]Z h o uS ,G r a b a r TB ,S h a n m u g a mKT ,e t a l .B e t a i n e t r i p l e dt h e v o l u m e t r i cp r o d u c t i v i t yo f D(-) ? l a c t a t eb yE s c h e r i c h i ac o l iB s t r a i nS Z 1 3 2i nm i n e r a ls a l t sm e d i u m .B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s , 2 0 0 6 , 2 8 ( 9 ) : 6 7 1 ? 6 7 6 . [ 4 6 ]Z h o uS ,S h a n m u g a m KT ,Y o m a n oLP ,e t a l .F e r m e n t a t i o no f 1 2 %( w / v )g l u c o s et o 1 . 2M l a c t a t e b y E s c h e r i c h i ac o l i Bs t r a i n S Z 1 9 4u s i n g m i n e r a l s a l t s m e d i u m .B i o t e c h n o l o g yL e t t e r s , 2 0 0 6 , 2 8 ( 9 ) : 6 6 3 ? 6 7 0 . [ 4 7 ]M a r t i n e zA ,G r a b a rTB ,S h a n m u g a mKT ,e ta l .L o ws a l t m e d i u m f o rl a c t a t ea n de t h a n o lp r o d u c t i o nb yr e c o m b i n a n t

A d v a n c ei nt h eP r o d u c t i o no f O p t i c a l l yP u r eD ? l a c t i c A c i db yMi c r o b i a l F e r me n t a t i o n
Z H O UL i  T I A NK a n g ? m i n g  C H E NX i a n ? z h o n g  Z U OZ h i ? r e i  S H I G u i ? y a n g  WA N GZ h e n g ? x i a n g
( C e n t e r o f B i o r e s o u r c e&B i o e n e r g y ,S c h o o l o f B i o t e c h n o l o g y ,J i a n g n a nU n i v e r s i t y ,Wu x i  2 1 4 1 2 2 ,C h i n a )

   A b s t r a c t  D ? l a c t i ca c i d( D ? l a c t a t e )i sa ni m p o r t a n t c h i r a l i n t e r m e d i a t ea n do n er a wm a t e r i a l f o rP L A , p r o d u c t i o n .D u et ot h es c a r c i t yo fp e t r o l e u mr e s o u r c e sa n dt h ei m p r o v e m e n to fe n v i r o n m e n t a la w a r e n e s s p o l y l a c t i ca c i di n d u s t r yi s r a p i d l ye x p a n d i n g ,w h i c hi n c r e a s e s t h ed e m a n df o r p r o d u c t i o no f D ? l a c t a t e .H o w e v e r , l o wo p t i c a l l yp u r eD ? l a c t a t eh a sl i m i t a t i o n si nm a n yo f i t se n du s e s .M i c r o b i a l f e r m e n t a t i o nc a np r o d u c eh i g h ,q u i t e a l o t o f r e s e a r c hw o r k s h a v e b e e nd o n e i nt h i s f i e l d .P r o p e r t i e s o f o p t i c a l l yp u r e D ? l a c t a t e .I nr e s e n t y e a r s D ? l a c t a t ea n di t sa p p l i c a t i o n si ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ,c h e m i c a lp r o c e s s i n ga n dP L Ap r o d u c t i o na r es i m p l y i n t r o d u c e d .T h em a i np u r p o s e h e r e i s t o s u m m a r i z e t h e c u r r e n t s i t u a t i o no f D ? l a c t a t e p r o d u c i n g s t r a i n s ,i n c l u d i n g ,E s c h e r i c h i ac o l i ,C o r y n e b a c t e r i u m g l u t a m i c u m a n dy e a s t ,e t c .S t u d i e so nt h e s e l a c t i ca c i db a c t e r i a m i c r o o r g a n i s m s i n d i c a t e dt h a t t h ea p p r o a c ho f m e t a b o l i ce n g i n e e r i n gh a sb e e nw i d e l yu s e dt om a k eD ? l a c t a t e ,y i e l d ,p r o d u c t i v i t ya n do p t i c a l p u r i t y ,l o w e r b y ? p r o d u c t p r o d u c i n gs t r a i n sw h i c hh a v eh i g h e r p r o d u c t i o nl e v e l ,a n di m p r o v e da b i l i t yi nu t i l i z i n gm o r es i m p l i f i e d ,c h e a p e ra n de a s i e ra v a i l a b l em a t e r i a l s .M e t a b o l i c l e v e l s p a t h w a yr e c o n s t r u c t i o nb ym e t a b o l i c e n g i n e e r i n g a n dg e n e t i c m a n i p u l a t i o ni s a d e v e l o p m e n t t r e n do f s c r e e n i n g D ? ,s o m ep r o s p e c t s a b o u t D ? l a c t a t ef e r m e n t a t i o nw e r em a d e . l a c t a t ep r o d u c i n gs t r a i n s .A t l a s t e yw o r d s  D ? l a c t i ca c i d  O p t i c a l p u r i t y  M i c r o b i a l f e r m e n t a t i o n  M e t a b o l i ce n g i n e e r i n g   K


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