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《發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸的研究進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、題目發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸的研究進(jìn)展姓名吳志洪所在學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院專業(yè)生物工程學(xué)號(hào)0908110342日期2012年12月10日發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸的研究進(jìn)展摘要近年來(lái)，因瘤胃微生物產(chǎn)琥珀酸放線桿菌Actinobacillussuccinogenes具有高的琥珀酸產(chǎn)量，并能夠利用多種碳源進(jìn)行發(fā)酵等優(yōu)點(diǎn)，在利用發(fā)酵法生產(chǎn)琥珀酸領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和商業(yè)化價(jià)值，因而其代謝途徑和發(fā)酵工藝等基礎(chǔ)研究成為國(guó)內(nèi)外研發(fā)的熱點(diǎn)。近年來(lái)，人們?cè)诋a(chǎn)琥珀酸放線桿菌的代謝途徑、琥珀酸發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型、新型經(jīng)濟(jì)培養(yǎng)基以及高產(chǎn)菌株選育等方面的研究取得了很
2、大進(jìn)展，對(duì)研發(fā)琥珀酸發(fā)酵工藝、降低生產(chǎn)成本和節(jié)能減耗等具有重要的理論意義。關(guān)鍵詞；琥珀酸、發(fā)酵、產(chǎn)琥珀酸放1琥珀酸的簡(jiǎn)介1.1琥珀酸，學(xué)名丁二酸它是一種重要的有機(jī)合成中間體，主要應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物降解甥料、表面活性劑、洗滌劑、綠色溶劑和動(dòng)植物生長(zhǎng)刺激物等領(lǐng)域[1]。目前，通過發(fā)酵法生產(chǎn)得到的琥珀酸，其價(jià)格大約為0．55一1．10$／kg[2]圖1-1丁二酸的分子結(jié)構(gòu)1.2它是厭氧代謝的發(fā)酵產(chǎn)物之一琥珀酸廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、香料、油漆、食品、塑料等行業(yè)，也可以作為C4平臺(tái)化合物，合成一些重要的化工產(chǎn)品如丁
3、二醇、四氫呋喃、γ-丁內(nèi)酯、n-甲基吡咯烷酮(NMD)、2-吡咯烷酮等，全世界市場(chǎng)需求量超過276000t/a.1.3利用微生物發(fā)酵法轉(zhuǎn)化可再生資源（葡萄糖,木糖等）生產(chǎn)琥珀酸,由于原料來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉,污染小,環(huán)境友好,且在發(fā)酵過程中可吸收固定CO2,能有效緩解溫室效應(yīng),開辟了溫室氣體二氧化碳利用的新途徑,近年來(lái)成為研究的熱點(diǎn)[3-4]。2生物發(fā)酵法制備丁二酸2.1發(fā)酵菌種丁二酸是一些厭氧和兼性厭氧微生物代謝途徑中的共同中間物。一般情況下，丙酸鹽生產(chǎn)菌、典型的胃腸細(xì)菌以及瘤胃細(xì)菌能夠分泌丁二酸。據(jù)報(bào)道，一些乳酸
4、菌(LactobaciIlus)也能在特定的培養(yǎng)基上不同程度地產(chǎn)生丁二酸。國(guó)外在20世紀(jì)90年代就開始發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸的研究，目前報(bào)道的發(fā)酵產(chǎn)丁二酸的菌種主要Anaerobiospirillumsucciniciproducens[4]、Actinobacillussuccinogenes[5]、Mannheimiasucciniciproducens[6]和另外還有如Corynebacteriumglutamicum、Mannheimiasucciniciproducens[7]等菌種。由于天然菌株的產(chǎn)丁二酸能力非
5、常低，發(fā)酵產(chǎn)物多種多樣，對(duì)糖或丁二酸的耐受性比較差，因此必須運(yùn)用生物工程技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的菌種進(jìn)行[8]。2.2重組大腸桿菌產(chǎn)發(fā)酵丁二酸野生大腸桿菌產(chǎn)丁二酸的代謝途徑：一般認(rèn)為,野生型E.coli在有氧環(huán)境中,琥珀酸僅作為TCA循環(huán)中的中間產(chǎn)物,沒有積累;但在厭氧環(huán)境下,進(jìn)行混合酸發(fā)酵（圖1）,并認(rèn)為存在六條途徑可以代謝生成琥珀酸（圖2）。其中,琥珀酸主要的產(chǎn)生途徑為葡萄糖經(jīng)過糖酵解途經(jīng)生成磷酸烯醇式丙酮酸,并進(jìn)而代謝合成草酰乙酸、蘋果酸、富馬酸,最終以琥珀酸的形式積累。在此合成途徑中,每1mol葡萄糖生成2molNAD
6、H,生成1mol琥珀酸需要消耗2mol的NADH,而生成乳酸、甲酸和乙酸則只需消耗1mol的NADH甚至不需要消耗NADH,因此,在野生大腸桿菌中,琥珀酸由于需要更多的還原力,積累很少。圖1大腸桿菌厭氧混合酸發(fā)酵途徑[9]Fig.1PathwaysofanaerobicmixedacidfermentationforEscherichiacoli圖2大腸桿菌K-12發(fā)酵產(chǎn)丁二酸途徑Fig.2PathwaysfortheformationofthefermentationproductsuccinateinEsche
7、richiacoliK-12[13]Note:1:PEPcarboxykinase;2:Malatedehydrogenase;3:Fumarase;4:Fumaratereductase;5:PEPcarboxylase;6:Aspartate:glutamatetransaminase;7:Aspartase;8:Succinicsemialdehydedehydrogenase;9:γ-aminobutyrate:glutamatetransaminase;10:Glutamatedecarboxylase;
8、11:Isocitratelyase[10]3產(chǎn)琥珀酸大腸桿菌基因改造策略：3.1增強(qiáng)琥珀酸代謝途徑中關(guān)鍵酶：a超量表達(dá)內(nèi)源性基因：蘋果酸酶催化蘋果酸與丙酮酸之間的反應(yīng),正常生理?xiàng)l件下該酶催化動(dòng)力學(xué)上有利的蘋果酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸的正向反應(yīng),但蘋果酸酶在特定的菌種中有可能催化從丙酮酸到蘋果酸的逆向反應(yīng),原因是該反應(yīng)方向在熱力學(xué)上是有利的。大腸桿菌中編碼蘋果酸酶的基
