酮酸發(fā)酵法制備關鍵技術：實現(xiàn)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)有機酸

　　酮酸是一類同時具有羧基和酮基的有機酸，在食品、醫(yī)藥和化工等領域具有重要應用價值。因*實現(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能夠工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)所有碳中心代謝途徑相關有機酸的國家，酮酸發(fā)酵法制備關鍵技術及產(chǎn)業(yè)化項目獲得2015年國家技術發(fā)明二等獎。

　　由于α-酮戊二酸和丙酮酸化學合成法會導致環(huán)境污染嚴重、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、化妝品等領域進行大規(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控的關鍵節(jié)點，其合成與積累涉及復雜的調控機制，α-酮戊二酸和丙酮酸是碳中心代謝途徑中*后兩個未能實現(xiàn)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)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(fā)酵研究，他們在國內外*進行了典型酮酸α-酮戊二酸和丙酮酸的發(fā)酵法制備技術開發(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;四是發(fā)明了酮酸全膜法提取技術和醇析—低溫多效蒸發(fā)濃縮結晶精制工藝，實現(xiàn)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(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)通用有機酸、特種有機酸、功能性食品組分的企業(yè)分別進行了中試和工業(yè)化規(guī)模試驗，首次實現(xiàn)了α-酮戊二酸和丙酮酸的工業(yè)規(guī)模發(fā)酵。

　　項目組采用膜法和多效結晶法建設的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)有化學合成法的52%和67%。

　　來自5家應用單位的意見反饋，酮酸發(fā)酵法制備的α-酮戊二酸和丙酮酸技術先進、發(fā)酵產(chǎn)量高、生產(chǎn)強度大、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)有機酸產(chǎn)品具有較高的兼容性，可以促進傳統(tǒng)有機酸發(fā)酵企業(yè)的快速升級。采用該項目發(fā)酵法技術生產(chǎn)的酮酸產(chǎn)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(fā)達國家和地區(qū)，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　此外，該技術還被日本*大的生物技術公司和全球*大的氨基酸和衍生產(chǎn)品供應商日本國味之素株式會社購買，成為該公司從中國引進的*一項發(fā)酵技術。味之素公司進行了丙酮酸生產(chǎn)技術的系統(tǒng)評估和對該項目發(fā)酵法生產(chǎn)技術的驗證后，認為該項目技術顯著優(yōu)于現(xiàn)有的化工法和酶轉化法生產(chǎn)工藝，各項指標均達到國際*水平。

　　該項目共獲16項發(fā)明專利授權，核心專利獲得聯(lián)合國世界知識產(chǎn)權組織(WIPO)與國家知識產(chǎn)權局聯(lián)合頒發(fā)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(fā)酵過程優(yōu)化的專利群。