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酮酸发酵法制备关键技术:实现工业发酵生产有机酸

放大字体??缩小字体 发布日期:2019-08-08??来源:中国化工报??浏览次数:12
核心提示:酮酸是一类同时具有羧基和酮基的有机酸,在食品、医药和化工等领域具有重要应用价值。因率先实现了-酮戊二酸和丙酮酸的工业规模

酮酸是一类同时具有羧基和酮基的有机酸,在食品、医药和化工等领域具有重要应用价值。因率先实现了α-酮戊二酸和丙酮酸的工业规模发酵,并使我国成为第一个能够工业发酵生产所有碳中心代谢途径相关有机酸的国家,酮酸发酵法制备关键技术及产业化项目获得2015年国家技术发明二等奖。

由于α-酮戊二酸和丙酮酸化学合成法会导致环境污染严重、生产过程和产品安全性差、能耗高和得率低等问题,无法在食品、化妆品等领域进行大规模推广,因此生物发酵法被寄予厚望。但因二者分别位于碳氮代谢平衡和糖酵解途径调控的关键节点,其合成与积累涉及复杂的调控机制,α-酮戊二酸和丙酮酸是碳中心代谢途径中最后两个未能实现工业发酵生产的有机酸。

承担该项目的江南大学校长陈坚教授及其团队在国家“863”计划的资助下,长期开展有机酸发酵研究,他们在国内外率先进行了典型酮酸α-酮戊二酸和丙酮酸的发酵法制备技术开发,并取得了四大创新。

一是发明了高通量定向育种方法;二是发明了理性代谢工程方法,显着提升了酮酸积累效率;三是发明了酮酸发酵优化与控制技术;四是发明了酮酸全膜法提取技术和醇析—低温多效蒸发浓缩结晶精制工艺,实现了酮酸的高收率、低能耗、低成本制备。

该项目在完成实验室规模的酮酸菌种定向选育、高产菌株代谢工程改造、发酵过程优化和酮酸分离提取等研究工作的基础上,从2009年开始,在江苏、四川、浙江等5家从事发酵法生产通用有机酸、特种有机酸、功能性食品组分的企业分别进行了中试和工业化规模试验,首次实现了α-酮戊二酸和丙酮酸的工业规模发酵。

项目组采用膜法和多效结晶法建设的2000吨/年工业规模生产线,α-酮戊二酸和丙酮酸总收率分别为82%和84%,成本仅为现有化学合成法的52%和67%。

来自5家应用单位的意见反馈,酮酸发酵法制备的α-酮戊二酸和丙酮酸技术先进、发酵产量高、生产强度大、综合成本低,具有较高的利润率。此外,酮酸发酵法生产工艺与传统有机酸产品具有较高的兼容性,可以促进传统有机酸发酵企业的快速升级。采用该项目发酵法技术生产的酮酸产品不仅打开了国内市场,同时还出口到美国、欧洲和日本等发达国家和地区,取得了很好的经济效益和社会效益。

此外,该技术还被日本最大的生物技术公司和全球最大的氨基酸和衍生产品供应商日本国味之素株式会社购买,成为该公司从中国引进的唯一一项发酵技术。味之素公司进行了丙酮酸生产技术的系统评估和对该项目发酵法生产技术的验证后,认为该项目技术显着优于现有的化工法和酶转化法生产工艺,各项指标均达到国际领先水平。

该项目共获16项发明专利授权,核心专利获得联合国世界知识产权组织(WIPO)与国家知识产权局联合颁发的2014年中国专利金奖,形成了涵盖菌种定向高通量选育、理性代谢途径改造和发酵过程优化的专利群。

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