地区：上海市 宝山区
关键词：江南大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000000476
成果描述：
| 有机酸发酵是发酵工业的重要组成部分。2013年，全球市场规模达到186亿美元，国内市场约140亿元。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。化学合成法由于使用有机溶剂、重金属催化剂和高温高压反应条件，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。采用发酵法生产酮酸，是国际公认的必然趋势。α-酮戊二酸和丙酮酸分别位于碳氮代谢平衡和糖酵解途径调控的关键节点，其合成与积累较为困难，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。该项目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。主要技术发明点包括：（1)发明了基于非营养缺陷型细胞特异性干扰的定向筛选方法和基于培养体系关键理化参数变化的髙通量定向育种方法；（2)发明了同时强化碳中心代谢途径、辅因子再生和酮酸转运的理性代谢工程方法，显著提升了酮酸积累效率；（3)发明了流加特异性底物提髙细胞对酸/高渗胁迫耐受能力的方法和基于实时代谢通量分析的酮酸发酵优化与控制技术；（4)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，实现了高收率、低能耗、低成本制备。该项目率先实现了α-酮戊二酸和丙酮酸的工业规模发酵。在250 M<'3>和380 M<'3>发酵罐中，α-酮戊二酸和丙酮酸产量，转化率和生产强度分别为65 g/L、72g/L,65%、72%和0.45g/L/h、1.12g/L/h,均达到公开报道的工业规模最高水平；采用膜法和多效结晶法提取α-酮戊二酸和丙酮酸，年产2000吨生产线工业规模总收率分别为82%和84%；成本仅为现有化学合成法的52%和67%，该项目得到国家863计划、国家自然科学基金等科技计划资助。获授权发明专利18项(另申请10项，包括美国专利4项)，核心专利获得世界知识产权组织(WIPO)与国家知识产权局联合颁发的2014年中国专利金奖(全国共20项)，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；发表论文50篇，其中SCI收录论文40篇；2项成果被鉴定达到国际领先水平；出版《新型有机酸的发酵法制备》等著作2部；菌种选育和代谢调控研究于2008年和2011年获得2篇全国优秀博士学位论文。该项目的实施，使中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。从2009年起在四川龙蟒福生科技有限责任公司等5家企业实施了工业化生产，近三年累计新增产值6.21亿元，利税2.43亿元，2013年市场占有率分别达63%和58%。该项目发酵法生产丙酮酸技术转让至国际著名发酵公司日本味之素,成为该公司自1908年创建以来从中国购买的唯一发酵技术。该项目研究成果获2013年中国轻工业联合会技术发明奖一等奖、2014年中国专利金奖，部分研究成果支撑申请人获得2013年何梁何利基金科学与技术创新奖(产业创新奖)。该项目发明的技术与方法，有助于提升有机酸生产企业的技术水平、增强中国有机酸工业的国际竞争力、实现产业升级和可持续发展。 |
