2013年食品微生物制造工程研究室成果介绍

□矿产新品种 □装备制造
□其他应用技术
√ 生物技术与新医药 □
□能源环保
□农业食品科技
√ 试生产阶段 □
□海洋技术
□其他
□小批量生产阶段
□其他
丙酮酸是一种重要的有机酸，广泛应用于制药、日化、农用化学品和食品等工业中，微 生物发酵法生产丙酮酸具有低成本、高质量等优势。本研究室在自行选育的四重维生素营 养缺陷型菌株光滑球拟酵母 CCTCC M202019 的基础上，从代谢能力、鲁棒特性和环境适 应性等入手，阐释了影响 T. glabrata 高效积累丙酮酸的关键因素。提出并实践了全局高效 调控 T. glabrata 代谢功能的新方法， 在 30 L 发酵罐中： 发酵时间 60 h； 丙酮酸浓度 70.9 g/L， 转化率为 0.61 g/g 葡萄糖，生产强度为 1.18 g/(L·h)，Para-Pyruvate/Pyr < 1.4%。 2、创新要点： 发酵法生产丙酮酸达到世界先进水平。 成果简介 3、效益分析： 本研究室选育的光滑球拟酵母， 丙酮酸生产水平达 70 g/L 以上， 生产强度为 1.18 g/(L·h)。 就我们所了解的情况，国内还没有一家企业利用发酵法生产丙酮酸，国内市场潜藏巨大商 机。 4、推广情况： 日本味之素公司。 合作需求 合作方式 □自主开发生产产品
微生物发酵生产丙酮酸的关键技术
完成单位 通讯地址 联 系 方 式 成果完成人 江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号 刘立明 职称/ 职务 职称/ 职务 传真 教授 邮编 电话 214122 0510-85197875 www.fmme.cn
联系人
刘立明
教授 0510-851 97875
教授 0510-85197875
网址 E-mail
实用新型专利 外观设计专利 专利名称
一种土曲霉基因组规模代谢网络模型及其构建方 法 一种光滑球拟酵母基因组代谢模型的构建及应用 技术 一种树干毕赤酵母基因组规模代谢网络模型构建 及分析方法 著作权名称 基于比较基因组的生物代谢网络模型构建软件 基于 KEGG 的生物代谢网络模型构建软件 新工艺 新产品 新材料 新装备 矿产新品种 其他应用技术
电话
手机 知识产权形式 专利状况
13814297106
√ 发明专利 □
E-mail
mingll@jiangnan.edu.cn
□实用新型专利 □外观设计专利 □其他 代表性授权专利 3 项 专利名称 一种提高丙酮酸产量的方法 一株产丙酮酸重组菌的构建及用其提高丙 酮酸合成速率的方法 控制葡萄糖和维生素浓度提高发酵制备丙 酮酸产量的方法
成 果 基 本 情 况
农业、生物新品种 研制阶段
生物技术与新医药、农业食品科技、其他 试生产阶段 小批量生产阶段 批量生产阶段 其他
1、项目简介 在利用工业微生物生产目标产品过程中，普遍存在生长速度慢、代谢能力弱、代谢产物多 和环境适应能力差等制约工业生物过程效率的关键瓶颈，其根本原因在于缺乏全局水平对工 业微生物生理特征的解析和代谢能力的调控。基因组规模代谢网络模型(GSMM)是一种基于 全基因组序列，以生化代谢途径为核心，具有特定结构的数学模型，能够深度解析微生物生 理特性、调控生理功能调控和指导发酵过程优化。 2、典型案例 成果简介 例1、 利用构建的 K. vulgare (iWZ663) 和 B. megaterium (iMZ1053)模型，在基因组层面上 解析了维生素 C 二步发酵中生产菌株 K. vulgare 难以单独生长的生理特性，通过发 展生产性能优化策略，使某公司年产节支千万元； 例2、 转录组学数据结合 GSMM 的流量响应分析结果鉴定改造靶点，使得大肠杆菌分批 发酵产苏氨酸达到 82.4 g/L; 例3、 运用 GSMM 分析、改造酿酒酵母氧化还原代谢，分别使在以葡萄糖为单一碳源下 甘油下降 40%; 在以葡萄糖和木糖混合碳源发酵下乙醇得率提高 25% 合作需求 合作方式 技术服务
人才称号：2008 年全国优秀博士学位论文获得者
2009 年霍英东教育基金会高等院校青年教师基金获得者 2010 年入选教育部新世纪优秀人才计划 2011 年入选江苏省"六大人才高峰"高层次人才计划 2012 年入选中组部首批"青年拔尖人才"支持计划
成果目录
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] 工业微生物代谢网络模型构建与生产性能的解析 工业微生物的生产性能调控与优化关键技术 代谢工程改造光滑球拟酵母生产苹果酸 微生物发酵法生产丙酮酸技术 微生物发酵生产异维生素 C 技术 发酵法生产乙偶姻的关键技术 微生物发酵生产阿卡波糖 微生物转化生产α-酮戊二酸的关键技术 微生物转化生产 L-鸟氨酸的关键技术 酶法转化生产维生素 C 磷酸酯钠的关键技术
பைடு நூலகம்
□新装备
□农业、生物新品种 □电子信息 □研制阶段 □批量生产阶段
√ 农业食品科技 □
□矿产新品种 □装备制造 □其他
□其他应用技术 □生物技术与新医药 □新材料
□能源环保
□海洋技术
√ 试生产阶段 □
技术成熟程度
□小批量生产阶段
□其他
1、项目简介 目前，如何强化工业微生物生理功能，以缩短生产周期、提高原料利用率、目标产物 产量是制约微生物制造过程效率的关键瓶颈问题。 解析、 调控和优化微生物生理功能作为发 酵优化的关键，已成为微生物制造过程中的核心。研究室以典型工业微生物为对象，综合运 用系统生物学知识、代谢调控理论、基因工程策略和生化工程方法，阐释自身基因、胞内微 环境、 外部营养和条件等因素影响微生物生理特性和代谢功能的机制， 提出并实践了全局高 效调控微生物代谢功能的新方法(策略)，包括： （1）基因组规模代谢网络模型（GSMM） ： 深度分析微生物内在生理、分子机制； （2）代谢工程：调节微生物营养谱与需求、从能量代 谢角度调控胞内微环境； （3）合成生物学：提高微生物环境胁迫抵御能力、定向进行代谢表 成果简介 型改造； （4）发酵条件优化：改进营养适应性和供给方式、优化整个培养过程的环境条件、 促进目标产物高效生产。 2、典型案例 例 1 利用构建的 K. vulgare (iWZ663) 和 B. megaterium (iMZ1053)模型，在基因组层面上解 析了维生素 C 生产菌株 K. vulgare 难以单独生长的生理特性，通过发展生化工程策略， 使某公司年产节支千万元； 例 2 从代谢能力、鲁棒特性和环境适应性等入手，解析影响 T. glabrata 高效积累丙酮酸的关 键因素， 借助辅因子工程策略使 30 L 发酵罐中丙酮酸浓度达到 70.9 g/L， 相关技术转让 给日本味之素。 □自主开发生产产品
微生物制造工程研究室科研成果简介
地址：江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号 www.fmme.cn
2013 年 10 月
研究室简介
研究方向： 依托于食品科学与技术国家重点实验室和江南大学生物工程学院，微 生物制造工程实验室致力于解析工业微生物高效合成新型食(药)品及其配料 的遗传和调控机制，发展强化微生物生理功能的方法和策略，从而提高微生 物制造的过程效能，主要包括：(1)基因组规模网络模型构建与算法； （2）微 生物最优代谢途径设计与改造； （3）微生物生理功能调控与优化； （4）大宗 发酵产品酶法高值化。上述研究内容得到 973 课题、国家 863 项目、国家科 技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、江苏省社会发展项目、中组部青 年拔尖人才支持计划等国家或省部级科研和人才项目的支持。并与日本味之 素、江苏江山制药、光明乳业和日本富尔玛株式会社等国内外知名企业保持 密切的合作关系。
研究室负责人：刘立明，1976 年生，博士、教授、博士生导师。中组部青年拔 尖人才支持计划人选。2003、2006 年分别于江南大学发酵工程专业获得硕士 和博士学位。在 Metabolic Engineering, Biotechnology Bioengineering, Critical Reviews in Microbiology, 微生物学报, 生物工程学报等国内外生物工程类主 流学术期刊上以第一或责任作者身份发表学术论文 110 余篇，其中 SCI 论文 50 余篇。出版科技著作 2 部。获得授权发明专利 20 项，申请或公开发明专 利 30 余项。研究成果曾荣获国家科技进步二等奖(6)、江苏省自然科学一等 奖(3)、中国石油与化学工业联合会技术发明一等奖(2)等五项科技奖励。
联系人
刘立明
教授 0510-851 97875
网址
手机 知识产权形式 成 果 基 本 情 况 专利状况 授权（申请）专 利情况
13814297106 □发明专利 项数
E-mail
□实用新型专利 □外观设计专利 □其他 专利名称 专利申请号
成果体现 形式 所属领域
√ 新技术 □
√ 新工艺 □
□新产品
□新材料
教授 0510-851 97875
网址
手机 知识产权形式 专利状况 申请专利情况 成 果 基 本 情 况 所属领域 成果体现形式 1
13814297106
E-mail
□实用新型专利 □外观设计专利 □其他 1、申请专利 1 项 专利名称 专利申请号 201110166743.2
一种产苹果酸的光滑球拟酵母工程菌的构 建方法及应用 新工艺 新产品 新材料 新装备 矿产新品种 装备制造 其他应用技术 生物技术与新医药 其他
工业微生物生产性能调控与优化的关键技术
完成单位 通讯地址 联 系 方 式 成果完成人 江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号 刘立明 职称/ 职务 职称/ 职务 传真 教授 邮编 电话 214122 0510-85197875 www.fmme.cn mingll@jiangnan.edu.cn
工业微生物基因组规模代谢网络模型的构建与应用
完成单位 通讯地址 联 系 方 式 联系人 手机 知识产权形式 刘立明 13814297106 发明专利 项数 1 申请专利情况 2 3 申请软件著作 权情况 项数 1 2 成果体现形式 所属领域 技术成熟程度 新技术 成果完成人 江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号 刘立明 职称/职 务 职称/职 务 传真 教授 邮编 电话 214122 0510-85197875 www.fmme.cn mingll@jiangnan.edu.cn 其他 专利申请号 201110419312 201210097730 201210097733 申请号 2011R11L050332 2011R11L050355
农业、生物新品种
能源环保
农业食品科技 海洋技术 试生产阶段 其他
技术成熟程度
□小批量生产阶段
1、项目简介 苹果酸作为一种重要的四碳二羧酸，具有明显的呈味作用，其酸味柔和、爽快，与柠 檬酸相比刺激性缓慢、保留时间长，具有特殊的香味，并且不损伤口腔和牙齿等特点。 苹果酸与柠檬酸配合使用，可以模拟天然果实的酸味特征，使口感更自然、协调、丰满。 目前，在欧美各国及日本的食品饮料生产中，苹果酸已成为不可缺少的基本原料之一。 由于化学合成法和酶催化法不符合现代社会的可持续发展要求，因此，微生物发酵法越 来越受到人们的关注。本项目以光滑球拟酵母为宿主菌，通过构建苹果酸合成的还原 TCA 路径，最终使苹果酸产量达到 8.5 g/L。 2、创新要点： 成果简介 发酵法生产苹果酸，适应了现代苹果酸市场的发展需求。 3、效益分析： 目前，国际市场对食品级苹果酸的需求日益增大。为此，美国能源部在 2004 年专门 成立了 1,4-二羧酸组，研究苹果酸的生产工艺和应用；同年的世界经合组织发展报告将 其列为着重发展的 C4 化合物。同样，我国政府也高度重视苹果酸生产工艺的研究，并 将其作为“十二五”生物技术发展规划中的重点发展项目。 4、推广情况： 已经进入研制开发阶段。 合作需求 合作方式 自主开发生产产品 技术转让 技术入股与合作 技术服务 其它
√ 新工艺 □
项数 1 成 果 基 本 情 况 所属领域 成果体现形式 3
√ 新技术 □
专利申请号 201010581532.0 200910034772.6 200710131672.6
授权专利情况
2
□新产品
□新材料
□新装备
□农业、生物新品种 □电子信息 □新材料 技术成熟程度 □研制阶段 □批量生产阶段 1、项目简介
√ 技术转让 □
合作需求
合作方式
□技术入股与合作
√ 技术服务 □
□其它
代谢工程改造光滑球拟酵母生产苹果酸
完成单位 联 系 方 式 联系人 刘立明 通讯地址 成果完成人 江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏省无锡市蠡湖大道 1800 号 刘立明 职称/ 职务 职称/ 职务 传真 √ 发明专利 □ 项数 1 新技术 电子信息 新材料 研制阶段 批量生产阶段 教授 邮编 电话 214122 0510-85197875 http://www.fmme.cn/ mingll@jiangnan.edu.cn