例子1：丙酮酸发酵生产研究

《例子1：丙酮酸发酵生产研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、微生物过量合成丙酮酸及代谢网络分析1研究背景为什么要研究发酵法生产丙酮酸?本研究的立题意义何在?关于丙酮酸的生物合成，国外的研究进展如何?2丙酮酸是糖代谢中最重要的中间产物。它位于合成代谢与分解代谢的转折点，在生物能量代谢中具有十分重要的作用。在化工、制药和农用化学品等工业及科学研究中有着广泛的用途。为什么要对发酵法生产丙酮酸进行研究?3丙酮酸的主要用途4丙酮酸的化学法生产工艺酒石酸脱水脱羧法目前用的主要生产方法：将酒石酸与硫酸氢钾混合物在220℃下蒸馏，馏出物再经真空精馏即可得到丙酮酸。其主要缺点是

2、∶(1)丙酮酸产率较低(对酒石酸质量产率为0.29～0.30g/g)；(2)得到1g丙酮酸需要消耗5g硫酸氢钾以目前酒石酸(1.5万元/t)和硫酸氢钾(0.6万元/t)的市场价格计算，仅原料成本就至少需要8万元/t导致丙酮酸的价格居高不下。5丙酮酸的发酵法生产发酵法生产丙酮酸在成本上具有明显优势。问题是丙酮酸高产菌株的选育非常困难。日本已经实现了发酵法丙酮酸的工业化生产，但在我国，尚未见到任何专利或研究报告。6酵母直接发酵法生产丙酮酸国外研究水平细菌或放线菌直接发酵法生产丙酮酸休止细胞法生产丙酮酸完整细胞

3、(或酶法)生产丙酮酸7酵母直接发酵法生产丙酮酸Ⅰ∶丙酮酸脱羧酶(PDC)Ⅱ∶转氨酶(PT)Ⅲ∶丙酮酸羧化酶(PC)Ⅳ∶丙酮酸脱氢酶系(PDH)烟酸(NA)维生素B1(B1)维生素B6(B6)生物素(Bio)8酵母直接发酵法生产丙酮酸(表1)9酵母直接发酵法生产丙酮酸(表2)10细菌或放线菌直接发酵法生产丙酮酸11休止细胞法生产丙酮酸12完整细胞或酶法生产丙酮酸13以获得丙酮酸高产率、高产量和高生产强度的相对统一为目标。尽量减少丙酮酸的降解或转化。本研究的学术思想是什么?尽量加快由葡萄糖到丙酮酸

4、的代谢速度。14国外同类研究有哪些问题?具有多种遗传标记的Torulopsisglabrata在摇瓶培养中丙酮酸产量和产率已分别达到56.8g/L和0.58g/g(日本)在3L发酵罐流加培养中，丙酮酸产量可达67.8/L，其代价是丙酮酸产率(Yp/s)仅为0.49g/g15找出对发酵过程最重要的影响因素。对一种产品，怎样获得高产率、高产量和高生产强度的相对统一?提出相应的控制方法或策略。对这些因素的影响规律进行生理学分析。16T.glabrata生产丙酮酸存在的问题(1)均以蛋白胨为氮源，产率最高仅为

5、0.58g/g。(2)所缺陷的维生素在丙酮酸过量合成中的调控作用及影响次序如何?(3)发酵过程中，溶氧控制在什么水平好，应当怎样控制?(4)怎样全面提高丙酮酸的发酵水平?17本研究目标学术目标∶透彻分析球拟酵母发酵生产丙酮酸的生理学本质，采用一系列控制策略实现丙酮酸的过量合成。应用目标∶确定可放大的发酵工艺，完成300L规模的发酵试验，为实现工业化奠定基础。18本课题的主要研究内容1.营养条件对光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的影响2.维生素在丙酮酸过量合成中的重要作用3.丙酮酸分批发酵的供氧控制模式5.光滑球拟酵

6、母过量合成丙酮酸的代谢特征4.丙酮酸发酵过程的代谢网络分析191.营养条件对光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的影响(1)维生素在丙酮酸过量合成中的重要作用(2)丙酮酸分批发酵的供氧控制模式(4)光滑球拟酵母过量合成丙酮酸的代谢特征(3)丙酮酸发酵过程的代谢网络分析光滑球拟酵母WSH-IP12是一株多重维生素营养缺陷型确定较佳的营养条件是优化发酵过程的基础性工作研究思路20本部分主要研究内容氮源种类(酵母粉、蛋白胨、豆饼水解液、无机氮源)及其浓度的影响供氧方式和碳氮比的影响流加培养中氮有效供给的重要性21氮源种类及

7、其浓度的影响酵母粉添加量的影响(g/L):○zero；□1；△3；●5；■8；▲1022蛋白胨添加量的影响●丙酮酸；□乙醇；○细胞干重；■葡萄糖23豆饼水解液添加量的影响□丙酮酸；○细胞干重24无机氮源的影响25氮源种类及其浓度的影响∶小结1)酵母粉质量浓度大于1g/L将导致丙酮酸产量大幅度减少。2)虽然该菌株能够利用豆饼水解液和无机氮源，但结果不如蛋白胨理想。26供氧方式的影响○and…0-39h,700rpm；△and─0-6h，400rpm;6-14h,500rpm;14-37h,600rpm供氧方式和

8、碳氮比的影响27不同供氧方式控制的发酵过程参数比较28培养基碳氮比的影响●glucose92g/L,peptone15g/L■glucose127g/L,peptone20g/L○glucose201g/L,peptone20g/L29培养基中初始葡萄糖浓度和/或碳氮比的影响30供氧方式及碳氮比的影响∶小结1)较高的溶氧水平下，细胞生长和葡萄糖消耗速度相对较慢，但丙酮酸产量(39.0g/L)和产率(