▲ 2023年4月26-28日，BDO研究院、生物降解材料研究院将在重庆举办“BDO与锂电材料NMP、PVDF产业论坛”，并将走访中润新材、巴斯夫、川维化工、华陆新材、恩捷、双象、新宙邦。诚邀专家学者、上下游企业共同探讨BDO、NMP、PVDF等锂电材料的黄金赛道发展趋势。作为合成高分子量聚乳酸的两种单体之一，D-丙交酯在提高聚乳酸材料的机械强度、耐热性和抗水解性能方面发挥着重要作用。D-丙交酯从高手性纯度D-乳酸经缩聚和解聚反应后合成，其中D-乳酸的手性纯度和化学纯度是合成高手性度D-丙交酯的关键因素。木质纤维素生物质以其资源丰富、价格低廉和资源循环压力，是替代粮食淀粉原料进行丙交酯和聚乳酸大规模工业化生产的最适非粮原料。木质纤维素原料经生物炼制加工后，可获得葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等可发酵单糖，经乳酸工程菌发酵合成手性乳酸，再经缩聚和解聚反应后合成手性丙交酯。木质纤维素中的糖包括葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖，非葡萄糖糖约占整个木质纤维素衍生糖的 30-40%。然而，没有研究表明野生或工程菌株以协调的转化率共同利用全谱木质纤维素衍生的葡萄糖和非葡萄糖糖（木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖），通过同时糖化和发酵（SSF） 从木质纤维素生产D-乳酸。植物乳杆菌突变体共同利用葡萄糖和木糖从阔叶木浆中产生102.3 g/L D-乳酸，但木糖的利用率比葡萄糖慢得多，发酵液中残留了高浓度（∼15 g/L） 的糖残留物。菊粉孢子芽孢杆菌突变体实现了葡萄糖的利用，并从麦麸中产生了87.3 g/L D-乳酸，但没有数据显示木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖从 7.5%（w/w）半纤维素中利用并导致这些糖的浪费。木质纤维素衍生糖的不完全利用不仅降低了纤维素D-乳酸的滴度、生产率和产量，还导致D-乳酸发酵液中残留了大量糖。D-乳酸发酵液的糖残留物是使用木质纤维素中的D-乳酸合成D-丙交酯的主要障碍，因为在纯化步骤中完全去除糖既困难又昂贵，并且干扰了D-丙交酯的合成，因此，通过协调和完全利用所有葡萄糖和非葡萄糖糖来去除D-乳酸发酵步骤中的残留糖至关重要。2022年华东理工大学鲍杰课题组与凯赛生物技术有限公司和瑞典隆德大学合作，以小麦秸秆和玉米秸秆等农作物秸秆为原料，在干法生物炼制技术平台上合成了高纯度L-乳酸，以此L-乳酸为前体合成了达到生产高分子量聚乳酸要求的L-丙交酯 (He et al. Cyclic L-lactide synthesis from lignocellulose biomass by biorefining with complete inhibitor removal and highly simultaneous sugars assimilation. Biotechnol Bioeng 2022, 119, 1903-1915)。
近日，该课题组继续与凯赛生物和隆德大学合作，在Bioresource Technology上在线发表题为“Simultaneous and rate-coordinated conversion of lignocellulose derived glucose, xylose, arabinose, mannose, and galactose into D-lactic acid production facilitates D-lactide synthesis” 的论文，在干法生物炼制技术平台上，以小麦秸秆为原料、以乳酸工程菌同步糖化与共发酵的方式合成了高发酵指标和高手性纯度的D-乳酸，经常规纯化后成功合成了达到高分子量聚乳酸聚合要求的高手性度D-丙交酯。作者展示了适应性进化的细菌酸乳杆菌从木质纤维素中提取的葡萄糖和非葡萄糖糖的同时和速率协调转化，导致小麦秸秆中的所有葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖在 SSCF 期间转化为 D-乳酸。残糖被有效地还原到极低的水平（∼1.7 g/L），避免了纤维素D-乳酸纯化和随后D-丙交酯聚合反应中的负面影响。采用高选择性生物解毒真菌Amorphotheca resinae ZN1有效去除抑制剂杂质。去除糖和抑制剂后，纤维素D-乳酸经过常规纯化步骤后，通过解聚和缩聚反应首次成功合成为D-丙交酯。纤维素D-丙交酯的性质与淀粉衍生的商业D-丙交酯产品的性质非常吻合。本研究克服了丰富的木质纤维素原料合成D-丙交酯的残留糖杂质的障碍。论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852423003760