酮酸發(fā)酵法制備關(guān)鍵技術(shù)：實(shí)現(xiàn)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸

　　酮酸是一類同時(shí)具有羧基和酮基的有機(jī)酸，在食品、醫(yī)藥和化工等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。因*實(shí)現(xiàn)了α-酮戊二酸和丙酮酸的工業(yè)規(guī)模發(fā)酵，并使我國成為第一個(gè)能夠工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)所有碳中心代謝途徑相關(guān)有機(jī)酸的國家，酮酸發(fā)酵法制備關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目獲得2015年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

　　由于α-酮戊二酸和丙酮酸化學(xué)合成法會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)過程和產(chǎn)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(lǐng)域進(jìn)行大規(guī)模推廣，因此生物發(fā)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(diào)控的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其合成與積累涉及復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，α-酮戊二酸和丙酮酸是碳中心代謝途徑中*后兩個(gè)未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的有機(jī)酸。

　　承擔(dān)該項(xiàng)目的江南大學(xué)校長陳堅(jiān)教授及其團(tuán)隊(duì)在國家“863”計(jì)劃的資助下，長期開展有機(jī)酸發(fā)酵研究，他們?cè)趪鴥?nèi)外*進(jìn)行了典型酮酸α-酮戊二酸和丙酮酸的發(fā)酵法制備技術(shù)開發(fā)，并取得了四大創(chuàng)新。

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

　　該項(xiàng)目在完成實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的酮酸菌種定向選育、高產(chǎn)菌株代謝工程改造、發(fā)酵過程優(yōu)化和酮酸分離提取等研究工作的基礎(chǔ)上，從2009年開始，在江蘇、四川、浙江等5家從事發(fā)酵法生產(chǎn)通用有機(jī)酸、特種有機(jī)酸、功能性食品組分的企業(yè)分別進(jìn)行了中試和工業(yè)化規(guī)模試驗(yàn)，首次實(shí)現(xiàn)了α-酮戊二酸和丙酮酸的工業(yè)規(guī)模發(fā)酵。

　　項(xiàng)目組采用膜法和多效結(jié)晶法建設(shè)的2000噸/年工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)線，α-酮戊二酸和丙酮酸總收率分別為82%和84%，成本僅為現(xiàn)有化學(xué)合成法的52%和67%。

　　來自5家應(yīng)用單位的意見反饋，酮酸發(fā)酵法制備的α-酮戊二酸和丙酮酸技術(shù)先進(jìn)、發(fā)酵產(chǎn)量高、生產(chǎn)強(qiáng)度大、綜合成本低，具有較高的利潤率。此外，酮酸發(fā)酵法生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)有機(jī)酸產(chǎn)品具有較高的兼容性，可以促進(jìn)傳統(tǒng)有機(jī)酸發(fā)酵企業(yè)的快速升級(jí)。采用該項(xiàng)目發(fā)酵法技術(shù)生產(chǎn)的酮酸產(chǎn)品不僅打開了國內(nèi)市場，同時(shí)還出口到美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　此外，該技術(shù)還被日本*大的生物技術(shù)公司和全球*大的氨基酸和衍生產(chǎn)品供應(yīng)商日本國味之素株式會(huì)社購買，成為該公司從中國引進(jìn)的*一項(xiàng)發(fā)酵技術(shù)。味之素公司進(jìn)行了丙酮酸生產(chǎn)技術(shù)的系統(tǒng)評(píng)估和對(duì)該項(xiàng)目發(fā)酵法生產(chǎn)技術(shù)的驗(yàn)證后，認(rèn)為該項(xiàng)目技術(shù)顯著優(yōu)于現(xiàn)有的化工法和酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)工藝，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國際*水平。

　　該項(xiàng)目共獲16項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)，核心專利獲得聯(lián)合國世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)與國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局聯(lián)合頒發(fā)的2014年中國專利金獎(jiǎng)，形成了涵蓋菌種定向高通量選育、理性代謝途徑改造和發(fā)酵過程優(yōu)化的專利群。