乳酸生产中的微生物代谢工程

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第6卷第3期过程工程学报Vb1．6N0．32006年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2006乳酸生产中的微生物代谢工程王海燕一，刘铭，王化军，曹竹安r1．北京科技大学环境工程系，北京100083；2．清华大学化学工程系，北京100084)摘要：从代谢工程的角度综述了同型及异型乳酸发酵的代谢途径、乳酸菌代谢模型、乳酸脱氢酶在乳酸生产方面的应用、米根霉发酵生产乳酸的代谢工程和基因工程阻断乙醇代谢途径改

2、造乳酸的生产过程等方面的研究进展，讨论了生物信息学及环境胁迫对乳酸代谢的影响，展望了乳酸的微生物代谢工程的发展趋势．关键词：乳酸；微生物生产；代谢工程中图分类号：Q93文献标识码：A文章编号：1009—606X(2006)03—0512—051前言征是l，6一二磷酸果糖在l，6一二磷酸果糖醛缩酶的作用下生成磷酸二羟基丙酮和3一磷酸甘油醛，发酵lmol乳酸【11(Lacticacid)在食品、医药、化工、环保等领葡萄糖生成2mol乳酸和2mol三磷酸腺苷(ATP)．在进域有广泛的用途．微生物发酵法生

3、产乳酸具有原料来源入酵解之前，单糖如葡萄糖和果糖一般都要进行磷酸广泛、生产成本低、产品光学纯度高、安全性高等优点化，并且由磷酸转移酶系统(PhosphotransferaseSystem，而成为乳酸的主要生产方法．目前可以应用到工业上的PTS)使单糖转移进入细胞．一些乳酸菌如Streptococcus生产菌株主要有霉菌中的根霉属和细菌中的乳酸菌属．thermophilus则是在乳酸透性酶运输系统的作用下进入按微生物发酵糖类过程中代谢途径和产物的不同，可将细胞进行水解和磷酸化．乳酸发酵分为同型乳酸发

4、酵(Homofermentation)、异型乳酸发酵(Heterofermentation)和混合酸发酵(Mixedacidfermentation)．通过化学或物理诱变改善生产菌株的工业性能是发酵工程的基本思路[2]．传统的育种手段虽然在工业应用上是有效的，但由于突变的非定向性和设计的非理性，以及对微生物代谢特性的认识不足，妨碍了对微生：物代谢能力的改造及工业应用．重组DNA技术的发展FTctose-1．6-di-P使代谢工程应运而生．代谢工程是利用重组DNA技术f八或其他技术，有目的地改变生物

5、中已有的代谢网络和表Glyceraldehyde．3．p：—DIhydmxy．acetone．pADP—、L一一NAD*达调控网络，以更好地了解细胞的代谢途径，并用于化ATP-NADH+H．3-p-glycerate学转化、能量转移及大分子装配过程．本工作对乳酸生产的代谢工程的研究进展进行了分析，并提出了展望．Phosphocnolpyruvate2乳酸代谢途径及其特点NADH+H2．1同型乳酸发酵菌YY．d。同型乳酸发酵中乳酸是葡萄糖代谢的唯一产物，采FomatcAcety1．CoA用的是糖酵解

6、途径(Embden—Meyerhof-PamanParthway,2NAD＼√＼(EMP途径)【3，见图1．经过这种途径，lmol葡萄糖可2NA·-ATP■●生成2mol乳酸，理论转化率为100％．但由于发酵过程中微生物有其他生理活动存在，实际转化率在80％以上图1同型乳酸发酵代谢途径的即认为是同型乳酸发酵．同型乳酸发酵的微生物主要Fig．1Proposedpathwayforhexosemetabolismof有德氏乳杆菌和粪链球菌．同型乳酸发酵代谢途径的特homofermentativelac

7、ticacidbacteria收稿日期：2005-07—14，修回日期：2005—09—26基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(编号：2003CB716007)作者简介：王海燕(1981-)，女，内蒙古包头市人，硕士研究生，研究方向：生物化工：刘铭，通讯联系人，E．mail维普资讯http://www.cqvip.com第3期王海燕等：乳酸生产中的微生物代谢工程5132．2异型乳酸发酵菌约有50万吨．近年来，由于乳酸乳球菌可作为“细胞工异型乳酸发酵经由磷酸戊糖途径(Hexose厂

8、”来生产食品和药物量而更加蚤受到关注【8J．可以预／期一，MonophosphatePathway,HMP)生成等摩尔的乳酸、二氧乳酸菌代谢工程的发展将为发酵食品工业创造新的发化碳和乙醇(或乙酸)，其中产物乙醇和乙酸的比例取决展机遇．于微生物中的氧化还原作用．进行异型乳酸发酵的主要通过糖分解代谢将糖转化为乳酸是革兰氏阳性菌有乳脂明串珠菌、发酵乳杆菌、肠膜明串珠菌、短乳杆和乳酸菌中主要的代谢途径[9】，并且乳酸菌由于其基因菌、双歧杆菌，．异型乳酸发酵菌缺乏1，6一二磷酸果糖组很小，遗