有机酸发酵有机酸发酵工业进展优秀课件
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◆: 琥珀酸 (SA), ӿ: 甘油脱氢酶比酶活.
菌种鉴定
M11a02r0M1k0a0err0k0er 12
10 10 00 00
菌株
PA (g/L)
29
22.06
29 (pZGX03-gldA) 28.23
YP/S (g/g)
14.61 23
YP/A (g/g)
8.2 9.08
rPA/Glycerol (g/g)
三. 中国有机酸发酵研究进展－丙酸
丙酸的应用及市场
75%用于谷物 和饲料防腐
丙酸钙价格
2012: 260m lbs (117,936 tonnes)
06年全球产量37.7万吨
化学法：2万/吨
发酵法：6万/吨（食品安全）
丙酸高产菌、野生质粒的筛选以及质粒分析
筛选丙酸高产菌
从奶制品厂取样
低丙酸浓度富集 高丙酸浓度初筛
乳酸 醋酸 苹果酸 衣康酸 丙酮酸 葡萄糖酸 曲酸 酒石酸 琥珀酸 丙酸
例如：酸味剂
医药工业
例如：抗凝血剂
化学工业
例如：洗涤剂
建筑业
例如：混泥土
其他工业
例如：显影剂
中国有机酸发酵工业成就
(1) 自主创新能力显著增强
研发投入加大：企业研发投入约占销售收入的3-5%。 衣康酸：2000年获国家科技进步二等奖。 长链二元酸：2006年获国家科技进步二等奖。 丙酮酸：2006年获国家科技进步二等奖。 L-乳酸：2011年获国家科技进步二等奖。
有机酸发酵有机酸 发酵工业进展
报告内容
一. 有机酸发酵工业概况 二.中国有机酸发酵工业现状及成就 三. 中国有机酸发酵研究进展举例
丙酸发酵 α-酮戊二酸发酵
四. 中国有机酸发酵工业展望
一、有机酸发酵工业概况
有机酸概述
柠檬酸 乳酸
丙酮酸
衣康酸
葡萄糖酸
苹果酸
乙酸 丙酸
有机酸是指一些具有酸性的有机化合物。最常见的有机酸是羧酸，其酸性源于羧基 (-COOH)
mdh
（mdh），富马酸水合酶
（fumC），提高丙酸代
fumC
谢途径通量
过量表达甘油脱氢酶
29
电转化 24
29 (pZGX03-gldA)
菌落 PCR
15 37
Marker 11 1000 12 35
野生菌与工程菌分批发酵对比 △: 丙酸(PA), □: 甘油浓度, ▲: 细胞干重(DCW), ■: 乙酸(AA),
1999年 2012年
1999年 2012年
中国有机酸发酵工业成就
(4) 企业规模扩大，产业集中度增强
有机酸行业龙头近年来纷纷通过扩大优势产品的产能，提 高抗风险能力，使得行业产业集中度呈现逐步提高态势， 规模经济效应也使行业平均期间费用率呈现下降的趋势， 这有利于保障行业的盈利能力提升与长期发展。
产量检测复筛 菌种鉴定
质粒鉴定分析
24 25 29 30 32 36
菌种
P. a 25 32 29 30 24 36
是否含有质粒
× × √ × × × ×
质粒电泳图
质粒ORF转录水平分析
丙酸杆菌代谢工程改造策略
➢ 过量表达甘油脱氢酶
（gldA），提高对甘油 gldA
的利用速率
➢ 过量表达苹果酸脱氢酶
发酵技术国家工程研究中心
研 究
生化工程国家工程研究中心
平 发酵行业技术创新服务平台 台
粮食发酵工艺及技术国家工程实验室
“丙酮酸发酵技术”被世界 上最大发酵公司之一日本味 之素公司购买，成为该公司 从中国购买的第一个技术。
中国有机酸发酵工业成就
(2) 产品产量迅速提高、产品结构更趋合理
近20年，我国有机酸发酵工业主要产品的总产量呈快速增 长的态势。产品品种从早期2-3个发展到10余个。
筛选野生型质粒
细胞壁裂解条件优化
Fra Baidu bibliotek
Blank 1
2
3
4
5
6
7
8
Lysozyme
0
0.5 0 0.5 0.5 1
1
1
0
Proteinase K
0
0 0.5 0.5 1 0.5 1
0
1
Result
-
-
-
+
+
+
+
-
-
条件: 溶菌酶 20 mg/mL 37 oC, 蛋白酶K 2 mg/mL 56 oC. “-” 表示细胞壁没 有裂解. “+” 表示细胞壁被裂解.
行业 柠檬酸 乳酸 葡萄糖酸钠 衣康酸
我国有机酸发酵行业产业集中度
产量
企业个数
20万吨以上
5
2万吨以上
2
2万吨以上
6
1万吨以上
2
产量占总量比例(%) >80 73 >80 > 90
中国有机酸发酵工业成就
(5)新技术、新材料和新装备得到广泛应用
酶技术、膜技术和计算机技术越来越多的被采用 设备趋于大型化、连续化和自动化
提取总收率 77% 90%
发酵周期 72hr 55hr
成品粮耗 1.86t/t 1.59t/t
1999年 2012年 1999年 2012年 1999年 2012年 1999年 2012年
汽耗 12.5t/t 4.3t/t
电耗
1985kW/t 966kW/t
水耗 142m3/t 16m3/t
1999年 2012年
有机酸概述
Various substances that can be derived from succinic acid by chemical conversion.
Trends in Biotechnology , 2008:100 - 108
有机酸也是重要的平台化合物
有机酸发酵概况
C2
主要生产企业
产品
应用领域
西王集团
柠檬酸
食品和饮料
安徽丰原集团 沈阳科纳提克公司 潍坊英轩实业有限公司 青岛科海生物有限公司 山东柠檬生化有限公司 天富生化技术有限责任公司 日照鲁信金禾生化有限公司 宜兴协联生物化学有限公司 杭州宝晶生物化工有限公司 河南金丹乳酸科技股份有限公司 安徽雪郎生物科技股份有限公司
产品 柠檬酸 乳酸 衣康酸 葡萄糖酸钠
近20年有机酸主要产品产量 单位：万吨
1992 16
1997 21 0.5 0.3 0.3
2002 32.7 1.25 0.75
8
2007 89 4.5 2 25
2012 107 13
3 50
中国有机酸发酵工业成就
(3) 生产技术水平不断上升（以柠檬酸为例）
发酵产酸 12.3% 16.5%
醋酸
乳酸 丙酮酸 C3
丙酸 丙烯酸
Renewable raw
materials
苹果酸
酒石酸
C4
富马酸
酒石酸
C5
衣康酸
柠檬酸
C6
葡萄糖酸
曲酸
全球有机酸的产量超过300万吨、产值超过50亿美元
二、中国有机酸发酵工业现状及成就
中国有机酸发酵工业现状
有机酸工业是发酵工业领域一个成熟的分支。 2012年中国 有机酸的总产量超过200万吨。
菌种鉴定
M11a02r0M1k0a0err0k0er 12
10 10 00 00
菌株
PA (g/L)
29
22.06
29 (pZGX03-gldA) 28.23
YP/S (g/g)
14.61 23
YP/A (g/g)
8.2 9.08
rPA/Glycerol (g/g)
三. 中国有机酸发酵研究进展－丙酸
丙酸的应用及市场
75%用于谷物 和饲料防腐
丙酸钙价格
2012: 260m lbs (117,936 tonnes)
06年全球产量37.7万吨
化学法：2万/吨
发酵法：6万/吨（食品安全）
丙酸高产菌、野生质粒的筛选以及质粒分析
筛选丙酸高产菌
从奶制品厂取样
低丙酸浓度富集 高丙酸浓度初筛
乳酸 醋酸 苹果酸 衣康酸 丙酮酸 葡萄糖酸 曲酸 酒石酸 琥珀酸 丙酸
例如：酸味剂
医药工业
例如：抗凝血剂
化学工业
例如：洗涤剂
建筑业
例如：混泥土
其他工业
例如：显影剂
中国有机酸发酵工业成就
(1) 自主创新能力显著增强
研发投入加大：企业研发投入约占销售收入的3-5%。 衣康酸：2000年获国家科技进步二等奖。 长链二元酸：2006年获国家科技进步二等奖。 丙酮酸：2006年获国家科技进步二等奖。 L-乳酸：2011年获国家科技进步二等奖。
有机酸发酵有机酸 发酵工业进展
报告内容
一. 有机酸发酵工业概况 二.中国有机酸发酵工业现状及成就 三. 中国有机酸发酵研究进展举例
丙酸发酵 α-酮戊二酸发酵
四. 中国有机酸发酵工业展望
一、有机酸发酵工业概况
有机酸概述
柠檬酸 乳酸
丙酮酸
衣康酸
葡萄糖酸
苹果酸
乙酸 丙酸
有机酸是指一些具有酸性的有机化合物。最常见的有机酸是羧酸，其酸性源于羧基 (-COOH)
mdh
（mdh），富马酸水合酶
（fumC），提高丙酸代
fumC
谢途径通量
过量表达甘油脱氢酶
29
电转化 24
29 (pZGX03-gldA)
菌落 PCR
15 37
Marker 11 1000 12 35
野生菌与工程菌分批发酵对比 △: 丙酸(PA), □: 甘油浓度, ▲: 细胞干重(DCW), ■: 乙酸(AA),
1999年 2012年
1999年 2012年
中国有机酸发酵工业成就
(4) 企业规模扩大，产业集中度增强
有机酸行业龙头近年来纷纷通过扩大优势产品的产能，提 高抗风险能力，使得行业产业集中度呈现逐步提高态势， 规模经济效应也使行业平均期间费用率呈现下降的趋势， 这有利于保障行业的盈利能力提升与长期发展。
产量检测复筛 菌种鉴定
质粒鉴定分析
24 25 29 30 32 36
菌种
P. a 25 32 29 30 24 36
是否含有质粒
× × √ × × × ×
质粒电泳图
质粒ORF转录水平分析
丙酸杆菌代谢工程改造策略
➢ 过量表达甘油脱氢酶
（gldA），提高对甘油 gldA
的利用速率
➢ 过量表达苹果酸脱氢酶
发酵技术国家工程研究中心
研 究
生化工程国家工程研究中心
平 发酵行业技术创新服务平台 台
粮食发酵工艺及技术国家工程实验室
“丙酮酸发酵技术”被世界 上最大发酵公司之一日本味 之素公司购买，成为该公司 从中国购买的第一个技术。
中国有机酸发酵工业成就
(2) 产品产量迅速提高、产品结构更趋合理
近20年，我国有机酸发酵工业主要产品的总产量呈快速增 长的态势。产品品种从早期2-3个发展到10余个。
筛选野生型质粒
细胞壁裂解条件优化
Fra Baidu bibliotek
Blank 1
2
3
4
5
6
7
8
Lysozyme
0
0.5 0 0.5 0.5 1
1
1
0
Proteinase K
0
0 0.5 0.5 1 0.5 1
0
1
Result
-
-
-
+
+
+
+
-
-
条件: 溶菌酶 20 mg/mL 37 oC, 蛋白酶K 2 mg/mL 56 oC. “-” 表示细胞壁没 有裂解. “+” 表示细胞壁被裂解.
行业 柠檬酸 乳酸 葡萄糖酸钠 衣康酸
我国有机酸发酵行业产业集中度
产量
企业个数
20万吨以上
5
2万吨以上
2
2万吨以上
6
1万吨以上
2
产量占总量比例(%) >80 73 >80 > 90
中国有机酸发酵工业成就
(5)新技术、新材料和新装备得到广泛应用
酶技术、膜技术和计算机技术越来越多的被采用 设备趋于大型化、连续化和自动化
提取总收率 77% 90%
发酵周期 72hr 55hr
成品粮耗 1.86t/t 1.59t/t
1999年 2012年 1999年 2012年 1999年 2012年 1999年 2012年
汽耗 12.5t/t 4.3t/t
电耗
1985kW/t 966kW/t
水耗 142m3/t 16m3/t
1999年 2012年
有机酸概述
Various substances that can be derived from succinic acid by chemical conversion.
Trends in Biotechnology , 2008:100 - 108
有机酸也是重要的平台化合物
有机酸发酵概况
C2
主要生产企业
产品
应用领域
西王集团
柠檬酸
食品和饮料
安徽丰原集团 沈阳科纳提克公司 潍坊英轩实业有限公司 青岛科海生物有限公司 山东柠檬生化有限公司 天富生化技术有限责任公司 日照鲁信金禾生化有限公司 宜兴协联生物化学有限公司 杭州宝晶生物化工有限公司 河南金丹乳酸科技股份有限公司 安徽雪郎生物科技股份有限公司
产品 柠檬酸 乳酸 衣康酸 葡萄糖酸钠
近20年有机酸主要产品产量 单位：万吨
1992 16
1997 21 0.5 0.3 0.3
2002 32.7 1.25 0.75
8
2007 89 4.5 2 25
2012 107 13
3 50
中国有机酸发酵工业成就
(3) 生产技术水平不断上升（以柠檬酸为例）
发酵产酸 12.3% 16.5%
醋酸
乳酸 丙酮酸 C3
丙酸 丙烯酸
Renewable raw
materials
苹果酸
酒石酸
C4
富马酸
酒石酸
C5
衣康酸
柠檬酸
C6
葡萄糖酸
曲酸
全球有机酸的产量超过300万吨、产值超过50亿美元
二、中国有机酸发酵工业现状及成就
中国有机酸发酵工业现状
有机酸工业是发酵工业领域一个成熟的分支。 2012年中国 有机酸的总产量超过200万吨。