使用红曲霉来生产聚乳酸的方法技术

一种用于生产聚乳酸（PLA）的方法，包括步骤：在发酵容器中pH低于或等于5的培养基中、以及向培养基中生产乳酸的条件下发酵红曲霉属微生物，将所生产的乳酸转化为丙交酯，和将丙交酯聚合形成PLA。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于从由微生物发酵产生的乳酸生产聚乳酸的方法。
技术介绍
聚乳酸(PLA)是一种通过生物发酵从可再生资源制造的热塑性、可生物降解的脂肪族聚酯，具有广泛的用途。如同大多数热塑性材料，它可以被加工成纤维或薄膜。PLA有着广泛的应用，比如纺织衬衫、可微波使用的盘子和热充应用。PLA目前应用于许多生物医学用途，比如缝合、支架、透析介质以及药物运输装置。由于其生物降解能力，其还可用于生物塑料的制造，生物塑料可用于制造疏松包装、肥料袋、食品包装以及一次性餐具。纤维和非纺织纺织品形式的PLA也有许多潜在的用途，例如用于室内装潢、一次性服装、雨篷、女性卫生用品和尿片。目前利用细菌发酵从玉米淀粉或蔗糖生产乳酸。然而，由于水的产生能够降解所形成的聚合物，因而乳酸不能直接被聚合成有用的产品。相反，它被二聚化成为丙交酯(lactide)。高分子量的PLA是利用最普通的催化剂(例如，锡)通过开环聚合从丙交酯产生的。该机制不会产生额外的水，因此可以获得在广泛范围内的分子量。通常PLA的分子量平均数值(Mn)介于75000和100000道尔顿之间。许多微生物都能够通过需氧或厌氧发酵作用来生产有机酸。乳酸菌物种目前被广泛用于以淀粉为基础的乳酸生产工业。这些物种中大多数都缺乏发酵戊糖如木糖和阿拉伯糖的能力。尽管戍糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)、短乳杆菌(Lactobacillusbrevis)和乳酸乳球菌(Lactococcus Iactis)能够将戍糖发酵为乳酸,但戍糖是经磷酸酮醇酶途径代谢的，该途径的乳酸生产效率低下。事实上，在磷酸酮醇酶途径中，木酮糖5-磷酸被切割为甘油醛3-磷酸和乙酰磷酸。经该途径，由于丢失两个碳原子给乙酸，使得乳酸的最大理论产率限于一乳酸每戊糖(0.6g乳酸每克木糖)。在大多数比如大肠杆菌这样的平台宿主生物中，高滴度的乳酸生产要么是低效率的要么是有毒性的。在中性PH时生产乳酸通常导致产生乳酸钙，不得不通过添加硫酸使其转化成乳酸，结果形成CaSO4 (石膏)作为副产物。为了直接生产乳酸，必须在低pH (优选比乳酸的PKa值3.85至少低一个单位)下完成发酵。然而乳酸对微生物是有毒性的，因为在其质子化形式下，它是破坏膜电势的解偶联剂。因此，尽管有许多微生物能够耐受低PH，却只有有限数目的微生物因其能在低PH下耐受有机酸而适于有机酸生产。细菌发酵的一个重要缺陷是成本。由于一些微生物不能合成其生长和有效代谢糖类所需的某些氨基酸或蛋白质，因而常需向其饲以稍显复杂的营养包，这提高了进行发酵的直接开支。此外，液体培养基的复杂性提高也使得以合理纯的形式回收发酵产物更加困难，由此使得回收产物操作和资金成本提高。同样，使用玉米作为给料直接与食品和饲料业形成竞争。由此，仍然需要一种利用耐受高水平乳酸的微生物在基本发酵液体培养基中生产PLA的改进方法。专利技术概述本专利技术提供利用产生乳酸的改进微生物生产PLA的方法。特别地，所提供的生产聚乳酸(PLA)的方法包括步骤:-在发酵容器中pH低于或等于5的培养基中、以及向培养基中生产乳酸的条件下发酵红曲霉(Monascus)属的微生物，-将所产生的乳酸转化成丙交酯，和-将丙交酯聚合化形成PLA。根据具体的实施方案，在将乳酸转化成丙交酯之前利用相萃取(phaseextraction)从发酵培养基中回收乳酸。由此，利用相萃取的回收可包括步骤:(A)通过使所述培养基与萃取溶剂接触从去除了碎片的所述培养基中提取游离乳酸，从而形成:(i)含乳酸的萃取物和(ii)去乳酸的水性溶液；和(B)将所述含乳酸的萃取物(i)与所述水性溶液(ii)分离，由此获得回收的乳酸。用于提取的萃取溶剂可包含1-丁醇、2-乙基己醇、1-辛醇、甲基异丁酮、环己酮、二异丁基酮、异丙醚、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸辛酯、N.N- 二丁基乳酰胺和己酸的一种或多种。根据本方面的一个优选方面，萃取溶剂包含一种烷基叔胺、一种提高分配系数的氧化溶剂和一种调整溶剂混合物粘度的煤油成分。萃取溶剂优选包含一种烷基叔胺三辛酰胺(例如，Henkel’s Alamine336)。萃取溶剂还可以包含辛醇或甲基异丁酮和煤油(例如IsoPar K)。根据本专利技术的一个方面，萃取溶剂含有60至80wt%烷基叔胺，比如Alamine336, 5至20%甲基异丁酮，以及10至30%煤油(例如IsoPar K)。相萃取后可接着进行任选地反萃取(stripping)步骤。由此，回收还可包括步骤:(C)用反萃取溶剂形成以下不混溶相从所述分离的萃取物(i)中反萃取所萃取的乳酸:iii)含乳酸的反萃取溶液，和iv)去乳酸的萃取溶剂，(D)从所述去乳酸萃取溶剂(iv)中分离含乳酸的反萃取溶液(iii)，由此获得回收的乳酸。反萃取溶剂是水性溶剂、极性有机溶剂或这些溶剂的混合物。根据本专利技术的另一个实施方案实施方案，利用醇沉淀使污染物沉淀来从发酵培养基中回收乳酸。由此，在本专利技术的一种实施方案中，在转化为丙交酯之前，先从发酵培养基中回收乳酸，所述回收包括以下步骤:-利用醇将培养基中的污染物沉淀，所述培养基任选地已清除碎片，和-除去沉淀物以获得含乳酸的澄清的醇溶液。由此获得回收乳酸。所述醇可以是C1至C4直链或支链醇。本专利技术方法中的丙交酯通常直接或经乳酸缩聚形成乳酸寡聚物而从乳酸转化而来。根据具体的实施方案，所回收的乳酸经加热寡聚化、以及加热由此形成的乳酸寡聚物产生丙交酯蒸汽，而被转变为丙交酯。所回收的乳酸可以在疏水性溶剂中，优选Alamine336。加热乳酸寡聚物从而产生丙交酯蒸汽的步骤可以在催化剂，优选锡催化剂，优选辛酸亚锡(II)的存在下完成。根据其它具体的实施方案，乳酸在水性溶液中，并通过加热所回收乳酸的水性溶液形成蒸汽、以及将所形成的蒸汽通过维持在升高温度的反应器，来转化为丙交酯，所述反应器中任选地放置有催化剂。催化剂可以是氧化铝。根据其它具体的实施方案，乳酸在水性溶液中，并通过从水性溶液中去除水来转变为丙交酯。根据具体的实施方案，丙交酯在金属催化剂存在下经开环聚合成PLA。该金属催化剂可具有以下通式(I):本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.28 EP 10290583.3;2010.10.28 US 61/407,7471.一种用于生产聚乳酸(PLA)的方法，包括步骤: -在发酵容器中pH低于或等于5的培养基中、以及向培养基中生产乳酸的条件下发酵红曲霉属微生物， -将所述生产的乳酸转化为丙交酯(lactide)，和 -和将所述丙交酯聚合形成PLA。2.根据权利要求1的方法，其中所述乳酸在转化为丙交酯之前从所述发酵培养基中回收，所述回收包括步骤: (A)通过使所述培养基与萃取溶剂接触从已清除碎片的所述培养基中萃取游离的乳酸，从而形成: (i)含乳酸的萃取物和 (?)去乳酸的水性溶液；和 (B)从所述水性溶液(ii)分离所述含乳酸的萃取物(i)， 由此获得回收的乳酸。3.根据权利要求2的方法，其中的萃取溶剂包含1-丁醇、2-乙基己醇、1-辛醇、甲基异丁酮、环己酮、二异丁基酮、异丙醚、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸辛酯、N, N- 二丁基乳酰胺、己酸、烃基叔胺三辛酰胺、Henkel’s Alamine336中的一或多种。4.根据权利要求2或3的方法，其中所述回收还包括步骤: (C)使用反萃取溶剂从所述分离的萃取物(i)反萃取所述萃取的乳酸从而形成为不混溶相: iii)含乳酸的反萃取溶液，和 iv)去乳酸的萃取溶剂， (D)将所述含乳酸的反萃取溶液(iii)从所述去乳酸的萃取溶剂(iv)分离， 由此得到回收的乳酸。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA韦斯特威斯，EJH沃伯特，J斯普林格，J范德奥斯特，G艾金克，
申请(专利权)人：道达尔研究技术弗吕股份有限公司，
类型：
国别省市：