酮酸是一類同時具有羧基和酮基的有機酸,在食品、醫藥和化工等領域具有重要應用價值。因率先實現了α-酮戊二酸和丙酮酸的工業規模發酵,並使我國成爲第一個能夠工業發酵生産所有碳中心代謝途徑相關有機酸的國家,酮酸發酵法制備關鍵技術及産業化項目獲得2015年國家技術發明二等獎。

 

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酮酸發酵法制備關鍵技術:實現工業發酵生産有機酸
來源:中國化工報 發布時間:2019-8-7 9:35:12

  酮酸是一類同時具有羧基和酮基的有機酸,在食品、醫藥和化工等領域具有重要應用價值。因率先實現了α-酮戊二酸和丙酮酸的工業規模發酵,並使我國成爲第一個能夠工業發酵生産所有碳中心代謝途徑相關有機酸的國家,酮酸發酵法制備關鍵技術及産業化項目獲得2015年國家技術發明二等獎。

 

  由于α-酮戊二酸和丙酮酸化學合成法會導致環境汙染嚴重、生産過程和産品安全性差、能耗高和得率低等問題,無法在食品、化妝品等領域進行大規模推廣,因此生物發酵法被寄予厚望。但因二者分別位于碳氮代謝平衡和糖酵解途徑調控的關鍵節點,其合成與積累涉及複雜的調控機制,α-酮戊二酸和丙酮酸是碳中心代謝途徑中最後兩個未能實現工業發酵生産的有機酸。

 

  承擔該項目的江南大學校長陳堅教授及其團隊在國家“863”計劃的資助下,長期開展有機酸發酵研究,他們在國內外率先進行了典型酮酸α-酮戊二酸和丙酮酸的發酵法制備技術開發,並取得了四大創新。

 

  一是發明了高通量定向育種方法;二是發明了理性代謝工程方法,顯著提升了酮酸積累效率;三是發明了酮酸發酵優化與控制技術;四是發明了酮酸全膜法提取技術和醇析—低溫多效蒸發濃縮結晶精制工藝,實現了酮酸的高收率、低能耗、低成本制備。

 

  該項目在完成實驗室規模的酮酸菌種定向選育、高産菌株代謝工程改造、發酵過程優化和酮酸分離提取等研究工作的基礎上,從2009年開始,在江蘇、四川、浙江等5家從事發酵法生産通用有機酸、特種有機酸、功能性食品組分的企業分別進行了中試和工業化規模試驗,首次實現了α-酮戊二酸和丙酮酸的工業規模發酵。

 

  項目組采用膜法和多效結晶法建設的2000噸/年工業規模生産線,α-酮戊二酸和丙酮酸總收率分別爲82%和84%,成本僅爲現有化學合成法的52%和67%.

 

  來自5家應用單位的意見反饋,酮酸發酵法制備的α-酮戊二酸和丙酮酸技術先進、發酵産量高、生産強度大、綜合成本低,具有較高的利潤率。此外,酮酸發酵法生産工藝與傳統有機酸産品具有較高的兼容性,可以促進傳統有機酸發酵企業的快速升級。采用該項目發酵法技術生産的酮酸産品不僅打開了國內市場,同時還出口到美國、歐洲和日本等發達國家和地區,取得了很好的經濟效益和社會效益。

 

  此外,該技術還被日本最大的生物技術公司和全球最大的氨基酸和衍生産品供應商日本國味之素株式會社購買,成爲該公司從中國引進的唯一一項發酵技術。味之素公司進行了丙酮酸生産技術的系統評估和對該項目發酵法生産技術的驗證後,認爲該項目技術顯著優于現有的化工法和酶轉化法生産工藝,各項指標均達到國際領先水平。

 

  該項目共獲16項發明專利授權,核心專利獲得聯合國世界知識産權組織(WIPO)與國家知識産權局聯合頒發的2014年中國專利金獎,形成了涵蓋菌種定向高通量選育、理性代謝途徑改造和發酵過程優化的專利群。

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