葡萄糖 乙醇 丙酮 氨基酸 乙酰辅醇AⅢ 檬酸草酰乙酸 TCA循环 图5-1-1光滑球拟酵母中丙酮酸的代谢途径 I:丙酮酸脱羧酶(PDC);Ⅱ:转氨酶:Ⅲ:丙酮酸羧化酶(PC):Ⅳ:丙酮酸脱氢酶系PDH) B1:硫胺素:B6:吡哆醇;Bio:生物素 球拟酵母( Torulopsis)属菌株,特别是烟酸、硫胺素、吡哆醇和生物素四种维生素的营 养缺陷型T. glabrata IFO005,5是发酵法生产丙酮酸的首选菌株。T. glabrata的维生素营养 缺陷型能够积累丙酮酸的生理学依据如图5-1-1所示。烟酸和硫胺素是丙酮酸脱氢酶系的 辅因子;生物素是丙酮酸羧化酶的辅因子;吡哆醇是转氨酶的辅因子;硫胺素是丙酮酸脱 羧酶的辅因子。由于营养缺陷型菌株自身不能合成这些维生素,当培养基中这些维生素的 浓度处于亚适量水平时,负责丙酮酸降解或转化的四种酶的活性均较低,于是丙酮酸得以 积累。 在一般培养条件下, T. glabrata IFO0005对葡萄糖的丙酮酸产率为0.41g/g。米原辙对 该菌株进行诱变,增加一系列遗传标记(如L-^rg营养缺陷型;LVal和L-Ie营养缺陷型 2-脱氧葡萄糖抗性和氨基羟基乙酸抗性)以后,丙酮酸产率可提高到0.54gg。为了减少突 变株产乙醇的能力,进一步提高丙酮酸产率,米原辙又通过选育乙酸营养缺陷型菌株,有 效地降低了突变株的PDC活性,使丙酮酸产率提高到0.58g/g。尽管经过研究者的不懈努 力,摇瓶发酵中的丙酮酸产量和产率已分别达到568gL和0.58gg,但要获得丙酮酸高产 量与高产率的统一却并非易事。如,日本东丽化学公司采用流加培养技术,在3L发酵罐 中丙酮酸产量达到678g/,然而丙酮酸产率仅为049gg 嗜盐酵母 Torulopsis etchellsii能在含盐量达80g的葡萄糖培养基中积累丙酮酸,但 产率很低。硫胺素营养缺陷型菌株 Candida lipolytica、 Debaryomyces hansenii和 Saccharomyces cerevisiae积累丙酮酸的能力也不弱。其产率(0.37~0.44gg)虽然不及T labrada,但这些酵母能以无机铵盐为唯一氮源,而这一特点又是T. glabrata所不具备的。 日本开展发酵法生产丙酮酸的研究的公司主要有3家。20世纪70年代是味之素发酵 株式会社,以研究假丝酵母( Candida)为主;80~90年代则是东丽工业株式会社,以研究球 拟酵母( Torulopsis)为主;另一家公司( Toyobo Co.Ltd)发表的专利和研究报告略少,以研究 德巴利酵母( Debaryomyces)为主。这些公司之间的竟争,是推动日本发酵法生产丙酮酸迅速 实现工业化的动力 33 葡萄糖 乙醇 丙酮酸 氨基酸 乙酰辅酶 A B1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ B6 B1 NA Bio 柠檬酸 草酰乙酸 TCA 循环 图5-1-1 光滑球拟酵母中丙酮酸的代谢途径 Ⅰ: 丙酮酸脱羧酶(PDC)；Ⅱ: 转氨酶；Ⅲ: 丙酮酸羧化酶(PC)；Ⅳ: 丙酮酸脱氢酶系(PDH) NA∶烟酸；B1∶硫胺素；B6∶吡哆醇；Bio∶生物素 球拟酵母(Torulopsis)属菌株，特别是烟酸、硫胺素、吡哆醇和生物素四种维生素的营 养缺陷型 T. glabrata IFO 0005，是发酵法生产丙酮酸的首选菌株。T. glabrata 的维生素营养 缺陷型能够积累丙酮酸的生理学依据如图 5-1-1 所示。烟酸和硫胺素是丙酮酸脱氢酶系的 辅因子；生物素是丙酮酸羧化酶的辅因子；吡哆醇是转氨酶的辅因子；硫胺素是丙酮酸脱 羧酶的辅因子。由于营养缺陷型菌株自身不能合成这些维生素，当培养基中这些维生素的 浓度处于亚适量水平时，负责丙酮酸降解或转化的四种酶的活性均较低，于是丙酮酸得以 积累。 在一般培养条件下，T. glabrata IFO 0005 对葡萄糖的丙酮酸产率为 0.41 g/g。米原辙对 该菌株进行诱变，增加一系列遗传标记(如 L-Arg 营养缺陷型；L-Val 和 L-Ile 营养缺陷型； 2-脱氧葡萄糖抗性和氨基羟基乙酸抗性)以后，丙酮酸产率可提高到 0.54 g/g。为了减少突 变株产乙醇的能力，进一步提高丙酮酸产率，米原辙又通过选育乙酸营养缺陷型菌株，有 效地降低了突变株的 PDC 活性，使丙酮酸产率提高到 0.58 g/g。尽管经过研究者的不懈努 力，摇瓶发酵中的丙酮酸产量和产率已分别达到 56.8 g/L 和 0.58 g/g，但要获得丙酮酸高产 量与高产率的统一却并非易事。如，日本东丽化学公司采用流加培养技术，在 3 L 发酵罐 中丙酮酸产量达到 67.8 g/L，然而丙酮酸产率仅为 0.49 g/g。 嗜盐酵母 Torulopsis etchellsii 能在含盐量达 80 g/L 的葡萄糖培养基中积累丙酮酸，但 产 率 很低 。硫 胺素 营养 缺陷 型菌 株 Candida lipolytica 、 Debaryomyces hansenii 和 Saccharomyces cerevisiae 积累丙酮酸的能力也不弱。其产率(0.37～0.44 g/g)虽然不及 T. glabrata，但这些酵母能以无机铵盐为唯一氮源，而这一特点又是 T. glabrata 所不具备的。 日本开展发酵法生产丙酮酸的研究的公司主要有 3 家。20 世纪 70 年代是味之素发酵 株式会社，以研究假丝酵母(Candida)为主；80～90 年代则是东丽工业株式会社，以研究球 拟酵母(Torulopsis)为主；另一家公司(Toyobo Co. Ltd.)发表的专利和研究报告略少，以研究 德巴利酵母(Debaryomyces)为主。这些公司之间的竞争，是推动日本发酵法生产丙酮酸迅速 实现工业化的动力