发酵科技通讯
第38卷
工业化发酵法生产丙酮酸
杨锐
(石河子开发区天富生化技术有限责任公司石河子832014)
摘要：发酵法生产丙酮酸，是我国科技工作者10年来研究和关注最多的有机酸生产工艺，工业化
发酵生产丙酮酸更是我国发酵工业期待已久的目标。我们于2007年12月实施了我国首次丙酮酸工业化发酵生产，在145m3发酵罐中取得了丙酮酸发酵产酸56．2g/L，糖酸转化率0．65g／g的成绩，实现了我国丙酮酸生产历史性的突破。
关键词：工业化发酵丙酮酸
丙酮酸是一种重要的小分子有机酸，它既具有羧酸和酮的性质，又具有α-酮酸的性质。丙酮酸是最简单的α-酮酸，属于羰基酸，也是生物体内产生的三碳酮酸，它是糖酵解途径的最终产物，在细胞质中还原成乳酸供能，或进入线粒体内氧化生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环被氧化成二氧化碳和水，完成葡萄糖的有氧氧化供能过程。因此，丙酮酸是糖代谢中具有关键作用的中间产物。丙酮酸可通过乙酰辅酶A和三羧酸循环实现体内糖、脂肪和氨基酸间的互相转化，因此，丙酮酸在三大营养物质的代谢联系中起着重要的枢纽作用。世界上许多专家学者经过几十年的研究发现：丙酮酸盐具有加速脂肪消耗、减轻体重、增强人体耐力、提高竞技力、吞噬自由基和抑制自由基生成的显著效果，使其最初是在运动领域中脱颖而出，随后又风靡全社会成为一种新型膳食补充剂，并作为一种全新的减肥保健新概念，在美国一上市便被评为A级膳食补充剂，荣获1997年度美国医药发明奖，1998年成为全美减肥产品销量冠军。以丙酮酸钙为主的减肥品迅速风靡全球。丙酮酸盐的开发应用已成为国内外研究的热点，新的用途不断被开发，发展前景十分广阔[1]。
目前生产丙酮酸的方法主要有化学法、酶转化法和生物发酵法。自1977年日本研究所率先实现由酒石酸为原料化学合成法生产丙酮酸的—20—
工业化，丙酮酸工业化生产的历史已有30余年
[2]
。直至20世纪90年代，工业上还一直沿用化
学法生产丙酮酸，产率可达到50％~55％，该法工艺简便易行，是国内生产丙酮酸的主要方法，但是化学方法生产的丙酮酸对环境污染比较严重，设备损耗大，且丙酮酸产品是消旋体[3]、底物转化率低、生产成本高，缺乏市场竞争力。酶转化法虽然具有很大的优越性，但是在工业化方面有较大的困难，迄今还未见工业化生产成功的报道。发酵法生产丙酮酸的研究起始于20世纪50年代。日本学者经过近四十多年的研究选育出了丙酮酸的高产菌株，并于19年实现了工业化发酵生产，其发酵产酸水平最高达67．8g/
L，转化率0．494g/g[4]。生物发酵法具有污染小、以
葡萄糖为底物比较安全、成本低、具有能被生物膜识别的左旋结构的光学活性、生物体利用率高等优点，是一条极有发展前景的方法，因此近年来人们把目光聚焦到发酵法生产丙酮酸的研究上。我国许多科研院所的科研人员多年来都在积极的研究发酵法生产丙酮酸，积累了相当丰富的研究成果。江南大学李寅、陈坚等人选育得到一株光滑球拟酵母Torulopsisglabrata
WSH-IP303，2.5L发酵罐进行分批发酵，发酵56h，丙酮酸产量和转化率分别达到69．4g/L和0．636g／g[5]；采用该菌株在5L发酵罐上进行分批发酵实验，发酵56h，丙酮酸产量可达77．8g／L，
第38卷第4期2009年10月
发酵科技通讯
3.1.13.1.23.1.33.1.4
接种量：10％，温度：30℃~31℃罐压：0．05Mpa通风比：1：1
对葡萄糖的转化率为0．651g／g[6]；许庆龙、刘立明等人利用光滑球拟酵母TorulopsisglabrataC-
CTCCM202019，采用葡萄糖流加工艺在7L发酵罐进行发酵，发酵83h，丙酮酸产量和转化率分
别达到83．1g/L和0．621g／g[7]。天津科技大学高年发等采用选育的高产丙酮酸菌Torulopsisgla
3.1.5种龄：15h~-0h
3.2种子培养质量要求
3.2.1未感染杂菌、大小均匀、健壮。3.2.2酵母细胞出芽率大于20％。3.2.3酵母细胞死亡率小于1％。3.2.4耗糖0．5％以上。
3.2.5pH缓慢下降、不回升。3.3发酵罐运行控制3.3.1接种量：10％，3.3.2温度：30℃~31℃3.3.3罐压：0．05Mpa
3.3.4通风比：1：0．5~1，采取分段供氧控制。3.3.5pH：偏酸
brataTP204，在5L发酵罐上的产酸量达到71．23g/L[9]。华东理工大学王翠华等人利用光滑球拟酵
母Torulopsisglabrata620，发酵44h时丙酮酸产量达到74．7g/L，得率为87％，丙酮酸生产强度为
11．70g·(L·h)-1[10]。河南大学生物工程研究所林标
声、张彭湃等人利用光滑球拟酵母Torulopsis-
glabrataTK006，在7L发酵罐上的发酵产酸量、转化率和生产强度分别是80．51g/L、0．69g／g和1．83g·(1·h)-1[11]。以上均是我国目前该领域研究
的较高水平，并达到国际先进水平，但是至今还只是进行了中、小型试生产，未见到发酵法生产丙酮酸的工业化报道。
我公司经过长期的研究和探索，于2007年
4检测项目及方法
4.1葡萄糖含量：取10ml发酵液在2000r.p.m离
心10min后，上清液稀释20倍，用快速斐林式快速滴定法分析葡萄糖浓度。
12月在145m3发酵罐上首次实现了我国发酵法
工业化生产丙酮酸，取得了发酵产酸56．2g／L，糖酸转化率0．65g／g的成绩，现报道如下：
1主要设备
1.1一级种子罐：304不锈钢复合材质、1．5m31.2二级种子罐：304不锈钢复合材质、15m31.3发酵罐：304不锈钢复合材质、145m3
4.2丙酮酸含量：取10ml发酵液在2000r.p.m离
心10min后，上清液释用比色分析法测定丙酮酸含量。
4.3OD值：取种子或发酵液稀释5倍(发酵液需加lml20％盐酸溶解CaCO3)，然后在可见光600nm
处测定其吸光值。
2材料和配料
2.1菌种：TorulopsisglabrataTFSH
菌落为乳白色，无光泽，边缘整齐，卵形，无子囊，出芽繁殖，无伪菌丝。多种维生素营养缺陷型，有较弱的酒精发酵能力。
4.4菌体量：取种子或发酵液10ml(发酵液需加lml20％盐酸溶解CaCO3)，在2000r.p.m离心5min
后，弃去上清液，取沉淀部分称重。或者利用显微镜和血球计数器直接进行计数。
4.5DO及pH：种子或发酵液的DO及pH，采用在
线监测。
2.2种子配料(L)：
葡萄糖：20g，蛋白胨：10g，KH2PO4：1g，Mg-SO4．7H2O：0．5g，用自来水定容至所需体积。2.3发酵配料(L)：
葡萄糖90g，KH2PO45g，MgSO4．7H2O1g，(NH4)
2
4.6酵母细胞死亡率：取新鲜样液用美兰染色，然
后通过显微镜观察计数视野中死、活酵母菌体。
5生产结果
本次试生产采用一次初糖分批发酵工艺。0h初糖8．69％，104h产酸56.2g/L，糖酸转化率
SO4log，CaCO330g，维生素等营养液适量，用自
来水定容至所需体积。
3参数控制
3.1种子罐运行控制
0.65g/g。发酵过程主要参数见下图：
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