有機(jī)酸發(fā)酵有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)進(jìn)展

有機(jī)酸發(fā)酵有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)進(jìn)展第一頁，共四十頁，2022年，8月28日報告內(nèi)容

一.有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)概況二.中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)狀及成就

三.中國有機(jī)酸發(fā)酵研究進(jìn)展舉例丙酸發(fā)酵

α-酮戊二酸發(fā)酵四.中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)展望第二頁，共四十頁，2022年，8月28日一、有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)概況

第三頁，共四十頁，2022年，8月28日檸檬酸乳酸乙酸丙酸蘋果酸衣康酸葡萄糖酸丙酮酸有機(jī)酸概述有機(jī)酸是指一些具有酸性的有機(jī)化合物。最常見的有機(jī)酸是羧酸，其酸性源于羧基

(-COOH)第四頁，共四十頁，2022年，8月28日Varioussubstancesthatcanbederivedfromsuccinicacidbychemicalconversion.TrendsinBiotechnology,2008:100-108有機(jī)酸概述有機(jī)酸也是重要的平臺化合物第五頁，共四十頁，2022年，8月28日Renewablerawmaterials全球有機(jī)酸的產(chǎn)量超過300萬噸、產(chǎn)值超過50億美元檸檬酸乳酸蘋果酸葡萄糖酸醋酸衣康酸曲酸丙酮酸酒石酸丙酸C2C3C4C5C6丙烯酸富馬酸酒石酸有機(jī)酸發(fā)酵概況第六頁，共四十頁，2022年，8月28日二、中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)狀及成就

第七頁，共四十頁，2022年，8月28日中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)狀有機(jī)酸工業(yè)是發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域一個成熟的分支。2012年中國有機(jī)酸的總產(chǎn)量超過200萬噸。檸檬酸乳酸蘋果酸葡萄糖酸醋酸衣康酸曲酸丙酮酸食品和飲料醫(yī)藥工業(yè)化學(xué)工業(yè)建筑業(yè)例如：酸味劑例如：抗凝血劑例如：洗滌劑例如：混泥土日照魯信金禾生化有限公司安徽豐原集團(tuán)河南金丹乳酸科技股份有限公司濰坊英軒實業(yè)有限公司山東檸檬生化有限公司宜興協(xié)聯(lián)生物化學(xué)有限公司杭州寶晶生物化工有限公司青島科海生物有限公司天富生化技術(shù)有限責(zé)任公司西王集團(tuán)主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域沈陽科納提克公司酒石酸其他工業(yè)例如：顯影劑琥珀酸安徽雪郎生物科技股份有限公司丙酸第八頁，共四十頁，2022年，8月28日中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)成就(1)自主創(chuàng)新能力顯著增強研發(fā)投入加大：企業(yè)研發(fā)投入約占銷售收入的3-5%。研究平臺發(fā)酵技術(shù)國家工程研究中心生化工程國家工程研究中心糧食發(fā)酵工藝及技術(shù)國家工程實驗室發(fā)酵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺衣康酸：2000年獲國家科技進(jìn)步二等獎。長鏈二元酸：2006年獲國家科技進(jìn)步二等獎。丙酮酸：2006年獲國家科技進(jìn)步二等獎。L-乳酸：2011年獲國家科技進(jìn)步二等獎。“丙酮酸發(fā)酵技術(shù)”被世界上最大發(fā)酵公司之一日本味之素公司購買，成為該公司從中國購買的第一個技術(shù)。第九頁，共四十頁，2022年，8月28日中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)成就(2)產(chǎn)品產(chǎn)量迅速提高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨合理近20年，我國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品的總產(chǎn)量呈快速增長的態(tài)勢。產(chǎn)品品種從早期2-3個發(fā)展到10余個。產(chǎn)品19921997200220072012檸檬酸162132.789107乳酸0.51.254.513衣康酸0.30.7523葡萄糖酸鈉0.382550近20年有機(jī)酸主要產(chǎn)品產(chǎn)量單位：萬噸第十頁，共四十頁，2022年，8月28日中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)成就(3)生產(chǎn)技術(shù)水平不斷上升（以檸檬酸為例）12.3%發(fā)酵產(chǎn)酸16.5%1999年2012年77%提取總收率90%1999年2012年發(fā)酵周期72hr55hr1999年2012年成品糧耗1.86t/t1.59t/t1999年2012年汽耗12.5t/t4.3t/t1999年2012年電耗1985kW/t966kW/t1999年2012年水耗142m3/t16m3/t1999年2012年第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日有機(jī)酸行業(yè)龍頭近年來紛紛通過擴(kuò)大優(yōu)勢產(chǎn)品的產(chǎn)能，提高抗風(fēng)險能力，使得行業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度呈現(xiàn)逐步提高態(tài)勢，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也使行業(yè)平均期間費用率呈現(xiàn)下降的趨勢，這有利于保障行業(yè)的盈利能力提升與長期發(fā)展。中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)成就(4)企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)集中度增強行業(yè)產(chǎn)量企業(yè)個數(shù)產(chǎn)量占總量比例(%)檸檬酸20萬噸以上5>80乳酸2萬噸以上273葡萄糖酸鈉2萬噸以上6>80衣康酸1萬噸以上2>90我國有機(jī)酸發(fā)酵行業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日中國有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)成就(5)新技術(shù)、新材料和新裝備得到廣泛應(yīng)用酶技術(shù)、膜技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)越來越多的被采用設(shè)備趨于大型化、連續(xù)化和自動化第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日三.中國有機(jī)酸發(fā)酵研究進(jìn)展－丙酸第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日丙酸的應(yīng)用及市場2012:260mlbs(117,936tonnes)化學(xué)法：2萬/噸發(fā)酵法：6萬/噸（食品安全）丙酸鈣價格06年全球產(chǎn)量37.7萬噸75%用于谷物和飼料防腐第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日篩選丙酸高產(chǎn)菌從奶制品廠取樣低丙酸濃度富集高丙酸濃度初篩產(chǎn)量檢測復(fù)篩242529303236菌種鑒定篩選野生型質(zhì)粒細(xì)胞壁裂解條件優(yōu)化

Blank12345678Lysozyme00.500.50.51110ProteinaseK000.50.510.5101Result---++++--條件:溶菌酶20mg/mL37oC,蛋白酶K2mg/mL56oC.“-”表示細(xì)胞壁沒有裂解.“+”表示細(xì)胞壁被裂解.菌種是否含有質(zhì)粒P.a×25×32√29×30×24×36×質(zhì)粒電泳圖質(zhì)粒鑒定分析質(zhì)粒ORF轉(zhuǎn)錄水平分析丙酸高產(chǎn)菌、野生質(zhì)粒的篩選以及質(zhì)粒分析第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日丙酸桿菌代謝工程改造策略過量表達(dá)甘油脫氫酶（gldA），提高對甘油的利用速率過量表達(dá)蘋果酸脫氫酶（mdh），富馬酸水合酶（fumC），提高丙酸代謝途徑通量gldAmdhfumC第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日過量表達(dá)甘油脫氫酶電轉(zhuǎn)化241000菌落PCR菌種鑒定Marker100012Marker151110001235371000Marker100012野生菌與工程菌分批發(fā)酵對比△:丙酸(PA),□:甘油濃度,▲:細(xì)胞干重(DCW),■:乙酸(AA),◆:琥珀酸(SA),?:甘油脫氫酶比酶活.2929(pZGX03-gldA)菌株P(guān)A(g/L)YP/S(g/g)YP/A(g/g)rPA/Glycerol(g/g)生產(chǎn)強度(gL-1h-1)2922.0614.618.20.730.1529(pZGX03-gldA)28.23239.080.9410.20第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件優(yōu)化不同種類的碳源對丙酸發(fā)酵過程的影響不同種類的氮源對丙酸發(fā)酵過程的影響酵母粉濃度對發(fā)酵過程的影響PADCWPADCWSA最佳碳源為20g/L甘油，最佳氮源為酵母粉，最適濃度為10g/L。最佳接種量為10%，最佳接種齡為48-60h左右種子，最佳培養(yǎng)溫度為30℃

。第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日Control2.104.3712.3342.105.2711.4682.155.5912.46122.264.7811.63162.135.3411.59MgSO47H2O(mg/L)DCW(g/L)SA(g/L)PA(g/L)金屬Mg2+對發(fā)酵過程影響金屬Co2+對發(fā)酵過程影響DCW(g/L)SA(g/L)PA(g/L)Control1.644.0410.9841.664.5510.9881.673.9610.61121.614.0710.37161.573.7210.06ZnSO47H2O(mg/L)金屬Zn2+對發(fā)酵過程影響金屬Mn2+對發(fā)酵過程影響PASADCWMnSO4·H2O(mg/L)DCW(g/L)SA(g/L)PA(g/L)Control1.644.0410.9841.845.8111.0181.764.7111.27121.754.1410.75161.754.4211.30培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件優(yōu)化-金屬離子最佳Co2+濃度為10mg/L

第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日發(fā)酵模式研究-分批發(fā)酵甘油初始濃度對丙酸發(fā)酵過程的影響20g/L50g/L70g/L80g/L—□—residualglycerol,—△—PA,—■—DCW,—▲—SA,—*—AA甘油濃度對細(xì)胞比生長速率的影響甘油濃度對丙酸比合成速率的影響70g/L20g/L50g/L80g/L20g/L50g/L70g/L80g/L分批發(fā)酵過程中，隨著甘油濃度的增加，菌體比生長速率及丙酸的比合成速率顯著下降，說明較高的甘油濃度不利于菌體生長及丙酸的合成。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日參數(shù)初始甘油濃度（g/L）20507080剩余甘油濃度（g/L）0.02±0.0010.03±0.00150.1±0.050.12±0.06發(fā)酵時間（h）120±6150±8300±17350±24細(xì)胞干重（g/L）1.86±0.063.79±0.132.13±0.072.01±0.05丙酸產(chǎn)量（g/L）15.72±0.4128.53±0.8229.21±0.7332.00±0.91乙酸產(chǎn)量（g/L）1.20±0.042.56±0.083.41±0.125.20±0.21琥珀酸產(chǎn)量（g/L）2.31±0.714.24±0.325.53±0.216.71±0.23丙酸/琥珀酸（g/g）6.81±0.336.73±0.305.28±0.324.77±0.23丙酸/乙酸（g/g）13.10±0.5311.14±0.628.57±0.426.15±0.31丙酸/甘油（%）79±3.957±2.842±2.140±1.8丙酸生產(chǎn)強度（g·L-1h-1）0.13±0.00520.19±0.00950.10±0.00310.09±0.0036發(fā)酵模式研究-分批發(fā)酵不同甘油濃度下過程動力學(xué)參數(shù)比較隨著初始甘油濃度的增加，發(fā)酵時間明顯延長，生產(chǎn)強度顯著下降；菌體干重先升高后降低；初始甘油濃度在20g/L—50g/L時適合菌體生長。僅通過分批發(fā)酵難以實現(xiàn)丙酸發(fā)酵高產(chǎn)量、高得率和高生產(chǎn)強度的統(tǒng)一第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日發(fā)酵模式研究-流加發(fā)酵注：A初始甘油濃度為20g/L，48h-96h恒速流加濃度為400g/L的甘油水溶液，流速控制為0.01L/h；B初始甘油濃度為30g/L，72h-120h恒速流加濃度為400g/L的甘油水溶液，流速控制為0.01L/h；C初始甘油濃度為50g/L，在96h時一次性添加質(zhì)量為80g的純甘油；D初始甘油濃度為40g/L，在84h一次性添加160g純甘油；

—□—residualglycerol,—△—PA,—■—DCW,—▲—SA,—*—AA第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日參數(shù)培養(yǎng)模式ABCD剩余甘油濃度（g/L）0.02±0.0010.03±0.00150.1±0.050.12±0.06發(fā)酵時間（h）240±14220±11200±11250±15細(xì)胞干重（g/L）2.99±0.094.76±0.173.79±0.114.1±0.14丙酸產(chǎn)量（g/L）34.81±1.0144.62±1.1235.51±0.9243.50±1.21乙酸產(chǎn)量（g/L）2.71±0.082.42±0.082.81±0.092.51±0.06琥珀酸產(chǎn)量（g/L）4.21±0.123.52±0.234.52±0.214.11±0.13丙酸/琥珀酸（g/g）8.27±0.4012.68±0.517.86±0.3210.58±0.49丙酸/乙酸（g/g）12.85±0.6518.44±0.7812.64±0.5717.33±0.87丙酸/甘油（%）49±2.556±2.751±1.954±2.3丙酸生產(chǎn)強度（g·L-1h-1）0.15±0.00710.20±0.0080.18±0.00630.17±0.0068不同流加發(fā)酵模式下過程動力學(xué)參數(shù)比較發(fā)酵模式研究-流加發(fā)酵最佳流加策略：初始甘油為30g/L，72-120h進(jìn)行恒速流加，流加速率為0.11L/h(甘油濃度為400g/L)第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日發(fā)酵模式研究-10m3發(fā)酵罐放大試驗丙酸10m3罐中試發(fā)酵過程曲線—□—residualglycerol,—△—PA,—■—DCW,—▲—SA,—*—AA丙酸最高產(chǎn)量為47.28g/L，生產(chǎn)強度為0.197g·L-1h-1全球第二家采用發(fā)酵法生產(chǎn)丙酸第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日三.中國有機(jī)酸發(fā)酵研究進(jìn)展－α-酮戊二酸第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日

-酮戊二酸的應(yīng)用降低病患機(jī)體損耗清除自由基，延緩衰老提高繁殖率，促進(jìn)骨骼的生長有機(jī)中間體體格增強劑、運動飲料添加劑醫(yī)藥化妝品食品化工飼料第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日

-酮戊二酸市場概況國際市場食品級-酮戊二酸潛在市場容量約為1萬噸

名稱價格(RMB/Kg)純度用途-酮戊二酸28098%醫(yī)藥、化工中間體L-精氨酸：-酮戊二酸鈉鹽(2:1)35099%運動飲料添加劑L-鳥氨酸：-酮戊二酸鈉鹽(1:1)65099%運動飲料添加劑第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日化學(xué)法發(fā)酵法篩選得到的菌種：解脂亞諾酵母

-酮戊二酸的生產(chǎn)方法生產(chǎn)效率低、環(huán)境非友好和有毒試劑使用，限制其在醫(yī)藥、保健品和食品等高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用生產(chǎn)效率高環(huán)境友好食品安全性高第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日食品安全級生物法生產(chǎn)-酮戊二酸土壤樣品維生素B1缺陷型篩選500株微生物菌株0.1g/L13.4%0.1-1g/L74.4%1-10g/L6.4%10g/L5.8%菌落形態(tài)AGTCTAGTATAAACAATTATACAGTGAAACTGCGAACGGCTCATTAAATCAGTTATCGTTTATTTGATAGTTTTCTACATGGATAACCGTGATAACTTCAGAACTAATACATGACAGCCTTCTGGCGTATATATTAGATACAAACCAACAGTATGGTGATTCATAATATCTTGTCGAACCGATCTTCGGTGTATCATTCAAATTTCTGCCCTATCAACTGTCGATGGTAGGATCGTGGCCTACCATGGTAACAACGGGTAACGGGGAATCAGGGTTCTATTCCGGAGAGGGAGCCTGAGAAACGGCTACCACATCCAAGGAAGGCAGCAGGCGCGCAAATTACCCAATCCTGACACAGGGAGGTAGTGACAATATATAACGATCCGGGGCTCTTTGAGTTTCGGAATTGGAATGAGTACAATTTAAACACCTTAACGAGGAACAATTGGAGGGCAAGTCTG18SrRNAYarrowialipolyticaWSH-Z06第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日生物法生產(chǎn)-酮戊二酸的關(guān)鍵問題當(dāng)以甘油為唯一碳源時，發(fā)酵6天后-KG產(chǎn)量可達(dá)30g/L左右，但是發(fā)酵液中同時會積累大量的副產(chǎn)物—丙酮酸(30g/L左右)。Y.lipolyticaWSH-Z06搖瓶發(fā)酵曲線-KG(■),Glycerol(●),Pyruvate(▲),DCW(▼)

存在的問題第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日1.輔因子調(diào)控3.節(jié)流2.開源4.調(diào)控轉(zhuǎn)運蛋白解決方案——代謝工程改造解脂亞洛酵母第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日代謝工程改造解脂亞洛酵母1.輔因子調(diào)控第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日調(diào)控乙酰輔酶A代謝促進(jìn)-酮戊二酸的積累CONACS1/ACLCONACS1ACL過量表達(dá)ACS1基因使胞內(nèi)ACS比酶活達(dá)到0.92U/mgprotein，過量表達(dá)ACL基因使胞內(nèi)ACL酶活達(dá)到了1.51U/mgprotein，比對照分別提高了10.5和11.6倍，胞內(nèi)乙酰輔酶A含量分別是對照的231.2%和244.2%。第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日調(diào)控乙酰輔酶A代謝促進(jìn)-酮戊二酸的積累過量表達(dá)ACS1和ACL基因?qū)w生長和-酮戊二酸合成的影響■:-KG;●:Glycerol;▲:pyruvate;▼:DCW(A):Thetime-coursesoffermentationinY.lipolytica-CON;(B):Thetime-coursesoffermentationinY.lipolytica-ACS1;(C):Thetime-coursesoffermentationinY.lipolytica-ACL.提高16.2%提高28.6%Y.lipolytica-ACS1和Y.lipolytica-ACL中-酮戊二酸的產(chǎn)量分別為42.2g/L和46.7g/L，比對照菌(36.3g/L)分別提高了16.2%和28.6%。丙酮酸產(chǎn)量分別為14.5g/L和10.6g/L，比對照菌(21.2g/L)分別降低了31.6%和50%。第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日代謝工程改造解脂