微生物生產(chǎn)有機(jī)酸的市場研發(fā)jjcuiTrendsinBiotechnologyVol.26No.2簡介通過微生物發(fā)酵來獲得有機(jī)酸是一種有效地從可再生碳源中獲得基本化合物的方法，盡管對一些重要的有機(jī)化合物的生物合成路徑尚不清楚，但是這并不會影響在大尺度上對微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸的可能性。本文總結(jié)了近年來以檸檬酸（已成功市場化）、乳酸（市場逐漸成熟）和琥珀酸（潛力巨大，但尚未形成市場）為代表的有機(jī)酸的發(fā)展歷程，以及其不同的發(fā)展階段。關(guān)鍵詞Bio-refinery（生物煉制）主要是利用農(nóng)業(yè)廢棄物、植物淀粉和木質(zhì)纖維素為原料，生產(chǎn)各種化學(xué)品，染料和生物基材料Bio-diesel（生物柴油）以油料作物、野生油料植物、工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾為原料油通過酯交換工藝制成的可替代化石柴油的可再生性染料?；瘜W(xué)法、生物酶法、工程微藻法一些至關(guān)重要的以經(jīng)驗為主的參數(shù)導(dǎo)致了用黑曲霉菌有效生產(chǎn)檸檬酸，這些經(jīng)驗包括了高底物濃度、低濃度的含氮量、高度的溶氧量和低的pH值。盡管這些參數(shù)的生理生化效用到現(xiàn)在都屬未知，但在當(dāng)時的確十分有效的發(fā)展了檸檬酸產(chǎn)業(yè)。除了已經(jīng)發(fā)展十分成熟的黑曲霉菌，另外還有用基因變異的酵母YarrowiaLipolytica制造檸檬酸。YarrowiaLipolytica是將一個對異檸檬酸裂解酶活性編碼的基因序列穩(wěn)定地多重整合在酵母基因組中，其優(yōu)點在于使不希望生成的副產(chǎn)物——異檸檬酸明顯減少。乳酸盡管人們對乳酸的使用可以追溯到上上個世紀(jì)，但是大規(guī)模、商業(yè)化的用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的歷史卻并不很久。由于生產(chǎn)可降解的塑料，導(dǎo)致了對純的乳酸生產(chǎn)的興趣。2002年所生產(chǎn)的15萬噸乳酸中的90%，都是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的來的。發(fā)酵用的乳酸菌具有復(fù)雜的營養(yǎng)需求和不同的糖發(fā)酵路徑。不僅是乳酸菌，還有絲狀真菌——米根霉也具有發(fā)酵積累乳酸的能力，能利用淀粉和木糖發(fā)酵產(chǎn)乳酸。琥珀酸目前來說，琥珀酸所占的市場份額比較小，僅有1.6萬噸的年產(chǎn)。如果琥珀酸的價格能夠更有競爭力，則能夠替代石油衍生物——馬來酸酐，就能夠拿到21.3萬噸/年的市場份額。由于琥珀酸是許多化合物的前體物，市場份額可能達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過21.3萬噸的占有量。如果琥珀酸成為石油化學(xué)的替代品，將會有更廣泛的用途。另外，值得注意的是，在琥珀酸的生成過程中能消耗CO2。琥珀酸作為各種化學(xué)物的前體1,4-二氨基丁烷二鹽酸鹽四氫呋喃2-吡咯烷酮

r-丁內(nèi)酯N-甲基吡咯烷酮

二甲基琥珀酰琥珀腈1.4-丁二醇有機(jī)酸市場的開發(fā)到成熟檸檬酸和乳酸的生產(chǎn)主要取決于天然微生物發(fā)酵。因此，選擇合適的菌株和優(yōu)化反應(yīng)條件是發(fā)展這一市場的最佳途徑。琥珀酸的市場尚未發(fā)展成熟，最有可能的突破是在運用生理生化方法改良催化酶系統(tǒng)方面?，F(xiàn)階段，研究主要聚焦于代謝工程的改良方面，因為在其他如生物加工和菌株改良方面都鮮有突破。在下一階段，研究的主要方向在于運用細(xì)胞生理代謝操作通過如優(yōu)化底物繼而純化產(chǎn)物方面。最終的目的都是要通過代謝工程的手段得到更多的有機(jī)酸。高濃度的檸檬酸有強(qiáng)烈抑制糖酵解的作用，但是在培養(yǎng)基中加入一定比例的銨能緩解這種抑制作用。通過轉(zhuǎn)錄后修飾，將pfkⅠ修飾成對高濃度檸檬酸不敏感且具有高催化效率的酶，以達(dá)到積累檸檬酸的作用。以檸檬酸為例總結(jié)代謝工程能幫助解決在發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸中的一些實際問題，如限制副產(chǎn)物、拓寬碳源的利用范圍。