表5-1-5完整细胞或酶法合成丙酮酸的研究情况一览 反应原理温度时间丙酮酸产率 /℃ Acetobacter D-(-)-乳 酸 甲醛脱氢酶丙酮醛丙酮醛氧化3010 3.6 丙酮酸合酶乙酰磷酸还原性羧化 乙醇酸氧化酶L乳酸乳酸氧化 Pichia pastoris 过氧化氢酶 Rhodotorula D-氨基酸氧化酶 0.23 g/dU 过氧化氢酶 三、发酵法生产丙酮酸研究中存在的问题 发酵法生产丙酮酸所追求的目标,是实现丙酮酸高产率、高产量和高生产强度的统 也就是说,在尽可能短的时间内,消耗尽可能少的底物生产出尽可能多的产品。一般情况 下,这种完美的统一是无法实现的,只能退而求其次,以获得丙酮酸高产率、高产量和高 生产强度的相对统一为研究目标。从代谢控制的观点考虑,为了实现这一目标,必须从两 方面入手:(1)在保证细胞正常代谢的前提下,尽可能减少丙酮酸的降解或转化,这是获得 丙酮酸高产量和高产率的必要条件;(2)加快从葡萄糖到丙酮酸的代谢速度,以确保获得丙 酮酸的高生产强度 前已述及,日本东丽化学公司米原辙和宫田令子选育了具有多种遗传标记的 Torulopsis glabrata菌株,且每增加一个遗传标记,丙酮酸产量就有新的提高(在摇瓶培养中丙酮酸产 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,在3L发酵罐中通过流加培养,丙酮酸产量可达67.8gL,其代价是丙酮酸产率 仅为0.49gg。之所以不能很好地解决这一问题,其原因在于T. glabrata不是发酵工业上的 常用菌株,学术界对该菌株在过量合成有用物质的生理生化特性上还缺乏明确的认识。 对于任何一种发酵产品,要获得高产率、高产量和高生产强度的相对统一,首先要找 出影响该物质高效生产的最重要因素,然后考察这些因素对发酵过程的影响,从生理学 角度出发对这些因素的影响规律进行分析,进而提出针对这些影响因素的控制方法或策略 用这一思路去分析米原辙和宫田令子的研究结果,就会发现,他们的侧重点在于选育丙酮 酸的高产菌株,对于采用什么方法来保证这些菌株发挥出高产丙酮酸的潜力,研究得还很 不够,因而会产生这样一些问题 1.见诸文献报道的所有T.glab菌株均以聚蛋白胨或蛋白胨为氮源。一般来说,质 量好的聚蛋白胨中应当没有维生素,但T. glabrata IFO0005在只有聚蛋白胨而没有维生素 的种子培养基中照样生长良好,表明聚蛋白胨中的维生素含量已足以满足多重维生素营养 缺陷型菌株的生长。在这种情况下硏究该菌株所不能合成的维生素在代谢途径中的作用 显然无法得出明确的结论,也不可能使丙酮酸产率达到很高的水平。 2.T. glabrata所不能合成的维生素有四种∶烟酸、硫胺素、吡哆醇和生物素。虽然宫 田令子和米原辙曾采用单因素试验的方法考察了这四种维生素对丙酮酸发酵的影响,但实 际上,由于培养基中四种维生素的水平直接影响PDC、PDH、PC和PT的活性,仅仅依 单因素试验,很难分析出烟酸、硫胺素、吡哆醇和生物素各自在丙酮酸过量合成中的作用6 表5-1-5 完整细胞或酶法合成丙酮酸的研究情况一览 菌 株 酶 底 物 反应原理 温度 / ℃ 时间 / h 丙酮酸 / gL -1 产率 / gg -1 Acetobacter D-(-)-乳 酸 Bacteria 甲醛脱氢酶 丙酮醛 丙酮醛氧化 30 10 3.6 Clostridium sporogenes 丙酮酸合酶 乙酰磷酸 还原性羧化 Hansenula polymorpha Pichia pastoris 乙醇酸氧化酶 过氧化氢酶 L-乳酸 乳酸氧化 Pediococcus homari 甘油 30 24 15 0.3 Rhodotorula gracilis D-氨基酸氧化酶 过氧化氢酶 0.23 g/dU 三、发酵法生产丙酮酸研究中存在的问题 发酵法生产丙酮酸所追求的目标，是实现丙酮酸高产率、高产量和高生产强度的统一。 也就是说，在尽可能短的时间内，消耗尽可能少的底物生产出尽可能多的产品。一般情况 下，这种完美的统一是无法实现的，只能退而求其次，以获得丙酮酸高产率、高产量和高 生产强度的相对统一为研究目标。从代谢控制的观点考虑，为了实现这一目标，必须从两 方面入手∶(1)在保证细胞正常代谢的前提下，尽可能减少丙酮酸的降解或转化，这是获得 丙酮酸高产量和高产率的必要条件；(2)加快从葡萄糖到丙酮酸的代谢速度，以确保获得丙 酮酸的高生产强度。 前已述及，日本东丽化学公司米原辙和宫田令子选育了具有多种遗传标记的 Torulopsis glabrata 菌株，且每增加一个遗传标记，丙酮酸产量就有新的提高(在摇瓶培养中丙酮酸产 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，在 3 L 发酵罐中通过流加培养，丙酮酸产量可达 67.8 g/L，其代价是丙酮酸产率 仅为 0.49 g/g。之所以不能很好地解决这一问题，其原因在于 T. glabrata 不是发酵工业上的 常用菌株，学术界对该菌株在过量合成有用物质的生理生化特性上还缺乏明确的认识。 对于任何一种发酵产品，要获得高产率、高产量和高生产强度的相对统一，首先要找 出影响该物质高效生产的最重要因素，然后考察这些因素对发酵过程的影响，从生理学的 角度出发对这些因素的影响规律进行分析，进而提出针对这些影响因素的控制方法或策略。 用这一思路去分析米原辙和宫田令子的研究结果，就会发现，他们的侧重点在于选育丙酮 酸的高产菌株，对于采用什么方法来保证这些菌株发挥出高产丙酮酸的潜力，研究得还很 不够，因而会产生这样一些问题∶ 1．见诸文献报道的所有 T. glabrata 菌株均以聚蛋白胨或蛋白胨为氮源。一般来说，质 量好的聚蛋白胨中应当没有维生素，但 T. glabrata IFO 0005 在只有聚蛋白胨而没有维生素 的种子培养基中照样生长良好，表明聚蛋白胨中的维生素含量已足以满足多重维生素营养 缺陷型菌株的生长。在这种情况下研究该菌株所不能合成的维生素在代谢途径中的作用， 显然无法得出明确的结论，也不可能使丙酮酸产率达到很高的水平。 2．T. glabrata 所不能合成的维生素有四种∶烟酸、硫胺素、吡哆醇和生物素。虽然宫 田令子和米原辙曾采用单因素试验的方法考察了这四种维生素对丙酮酸发酵的影响，但实 际上，由于培养基中四种维生素的水平直接影响 PDC、PDH、PC 和 PT 的活性，仅仅依靠 单因素试验，很难分析出烟酸、硫胺素、吡哆醇和生物素各自在丙酮酸过量合成中的作用