产琥珀酸放线杆菌发酵生产琥珀酸的研究进展

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1、万方数据中国生物工程杂志ChinaBiotechnology，2008，28(12)：102～106产琥珀酸放线杆菌发酵生产琥珀酸的研究进展张玉秀h‘(1中国矿业大学化学与环境工程学院生物工程系张云剑1李强2北京1000832中国科学院过程工程研究所北京100080)摘要近年来，因瘤胃微生物产琥珀酸放线杆菌Actinobacillussuccinogenes具有高的琥珀酸产量，并能够利用多种碳源进行发酵等优点，在利用发酵法生产琥珀酸领域具有广泛的应用前景和商业化价值，因而其代谢途径和发酵工艺等基础研究

2、成为国内外研发的热点。近年来，人们在产琥珀酸放线杆菌的代谢途径、琥珀酸发酵动力学模型、新型经济培养基以及高产菌株选育等方面的研究取得了很大进展，对研发琥珀酸发酵工艺、降低生产成本和节能减耗等具有重要的理论意义。关键词琥珀酸发酵产琥珀酸放线杆菌中图分类号Q815琥珀酸，学名丁二酸，广泛存在于动植物和微生物体内，是生物进行TCA循环的中间产物之一。它是一种重要的有机合成中间体，主要应用于食品、医药、生物降解甥料、表面活性剂、洗涤剂、绿色溶剂和动植物生长刺激物等领域⋯。人们主要是利用化学合成的方法，从丁烷通

3、过顺式丁烯二酐生产琥珀酸。该方法以石油为原料，生产成本高，环境污染严重，从而限制了琥珀酸的广泛应用。因此，人们开始将目标转向通过生物发酵法来生产琥珀酸。与传统的化学合成法相比，发酵法具有成本低、环境效益好等优点。目前，通过发酵法生产得到的琥珀酸，其价格大约为0．55一1．10$／kg口1。另外，据Bio-amber公司称，琥珀酸具有25亿欧元的市场，且生物法生产琥珀酸能够与石化的方法相竞争，并计划于2011前利用植物作为原料进行工业生产琥珀酸(http：／／www．france-chimie．com)

4、。目前，人们已经发现多种微生物可以通过发酵来生产琥珀酸，其中研究主要集中在大肠杆菌(Escherichiacoil)p。，Mannheimiasucciniciproducens【4J，产琥珀酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillumsucciniciproducens)”1和产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillussuccinogenes)№．7J。在众多的产琥珀酸微生物中，瘤胃微生物产琥珀酸放线杆菌收稿日期：2008-07-22惨同日期：2008-08．18·国家“863”计划(200

5、7AA021404、2006AAl02407)资助项目··电子信箱：zlIn鲫Ixiu@cumtb．edu．∞Actinobacillussuccinogenes能够利用多种糖类进行发酵，并且可以耐受葡萄糖和琥珀酸的浓度分别高达1589／L和1049／L¨o；同时，该菌以其高产量、高耐受性等优势，成为最具发展前景的琥珀酸产生菌之一。近几年来，人们对ActinobaciUussuccinogenes的研究中取得了许多进展，如首次利用13C原子标记在体内测定了琥舛￡l酸代谢途径，并证实有草酰乙酸、苹果酸到

6、丙酮酸代谢途径的存在№1；建立了琥珀酸发酵动力学模型，量化了菌体生长、底物消耗以及产物形成之间的动力学关系哺'91；另外，一些新型经济培养基的发展及菌种的筛选也有不少报道。因此，本文主要综述产琥珀酸放线杆菌Actinobacilluasuccinogenes的代谢途径、琥珀酸发酵动力学模型、廉价新型培养基以及菌种选育等方面的研究进展。1产琥珀酸的代谢途径1．1关键酶及重要节点通过生物转化法得到的琥珀酸是高度还原产物，主要是将糖酵解过程中得到的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)经由TCA循环的还原支路，通过一步

7、CO：固定和两步还原反应，依次生成草酰乙酸、苹果酸、延胡索酸，最后经延胡索酸还原酶催化生成琥珀酸。该过程涉及到的关键酶主要有磷酸烯醇式丙酮酸激酶(PEPCK)、苹果酸脱氢酶、延胡索酸酶和富马酸还原酶。万方数据2008，28(12)张玉秀等：产琥珀酸放线杆菌发酵生产琥珀酸的研究进展103厂一一目it矧一豪酸

8、；量i悖ADH／＼、≮l

9、影

10、巴西型1．2NADPH的产生McKin

11、ay等㈧研究表明磷酸戊糖氧化途径可以产生约20％的NADPH，但是并不能满足细胞生长的需要。其代谢过程中所需的NADPH主要是通

12、过转氢酶将丙酮酸脱氢酶和qI酸脱氢酶催化过程中产牛的NADH转化成NADPH，从而为细胞生长和琥珀酸的形成提供更多的还原力。在大肠杆菌中，可以通过构造乙醛酸途径获得更多的NADH，从而提高琥珀酸产量¨“。但这项研究表明，在产琥珀酸放线杆菌代谢过程中，乙醛酸途径对琥珀酸的产生所起的作用很小，可以忽略不计。除此之外，苹果酸脱氢酶在催化过程中，也可以产生少量NADPH。1．3外源物质对代谢流分配的影响CO：和H：对琥珀酸的代谢有着重要的作用，直接影响琥珀酸的产