有机酸发酵工业进展.pptx
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1、有机酸发酵工业进展报告内容报告内容 n一一.有机酸发酵工业概况有机酸发酵工业概况n二二.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及成就 n三三.中国有机酸发酵研究进展举例中国有机酸发酵研究进展举例u丙酸发酵丙酸发酵u-酮戊二酸发酵酮戊二酸发酵n四四.中国有机酸发酵工业展望中国有机酸发酵工业展望一、有机酸发酵工业概况一、有机酸发酵工业概况 柠檬酸柠檬酸乳酸乳酸乙酸乙酸丙酸丙酸苹果酸苹果酸衣康酸衣康酸葡萄糖酸葡萄糖酸丙酮酸丙酮酸有机酸概述有机酸概述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
2、基(-COOH)Various substances that can be derived from succinic acid by chemical conversion.Trends in Biotechnology,2008:100-108有机酸概述有机酸概述有机酸也是重要的平台化合物有机酸也是重要的平台化合物Renewable raw materials全球有机酸的产量超过全球有机酸的产量超过300300万吨、产值超过万吨、产值超过5050亿美元亿美元柠檬酸柠檬酸乳酸乳酸苹果酸苹果酸葡萄糖酸葡萄糖酸醋酸醋酸衣康酸衣康酸曲酸曲酸丙酮酸丙酮酸酒石酸酒石酸丙酸丙酸C2C3C4C5C6丙烯
3、酸丙烯酸富马酸富马酸酒石酸酒石酸有机酸发酵概况有机酸发酵概况二、中国有机酸发酵工业现状及成就二、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中国有机酸发酵工业现状有有机机酸酸工工业业是是发发酵酵工工业业领领域域一一个个成成熟熟的的分分支支。2012年年中中国国有机酸的总产量超过有机酸的总产量超过200万吨。万吨。柠檬酸柠檬酸乳酸乳酸苹果酸苹果酸葡萄糖酸葡萄糖酸醋酸醋酸衣康酸衣康酸曲酸曲酸丙酮酸丙酮酸食品和饮料食品和饮料医药工业医药工业化学工业化学工业建筑业建筑业例如:酸味剂例如:酸味剂例如:抗凝血剂例如:抗凝血剂例如:洗涤剂例如:洗涤剂例如:混泥土例如:混泥土日照鲁信金禾生化有限公司日
4、照鲁信金禾生化有限公司安徽丰原集团安徽丰原集团河南金丹乳酸科技股份有限公司河南金丹乳酸科技股份有限公司潍坊英轩实业有限公司潍坊英轩实业有限公司山东柠檬生化有限公司山东柠檬生化有限公司宜兴协联生物化学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杭州宝晶生物化工有限公司青岛科海生物有限公司青岛科海生物有限公司天富生化技术有限责任公司天富生化技术有限责任公司西王集团西王集团主要生产企业主要生产企业产品产品应用领域应用领域沈阳科纳提克公司沈阳科纳提克公司酒石酸酒石酸其他工业其他工业例如:显影剂例如:显影剂琥珀酸琥珀酸安徽雪郎生物科技股份有限公司安徽雪郎生物科技股份有限公司丙酸丙酸中国有机酸
5、发酵工业成就中国有机酸发酵工业成就(1)自主创新能力显著增强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研发投入加大:企业研发投入约占销售收入的3-5%。研究平台发酵技术国家工程研究中心发酵技术国家工程研究中心生化工程国家工程研究中心生化工程国家工程研究中心粮食发酵工艺及技术国家工程实验室粮食发酵工艺及技术国家工程实验室发酵行业技术创新服务平台发酵行业技术创新服务平台衣康酸:衣康酸:2000年获国家科技进步二等奖。年获国家科技进步二等奖。长链二元酸:长链二元酸:2006年获国家科技进步二等奖。年获国家科技进步二等奖。丙酮酸:丙酮酸:2006年获国家科技进步二等奖。年获国家科技进
6、步二等奖。L-乳酸:乳酸:2011年获国家科技进步二等奖。年获国家科技进步二等奖。“丙酮酸发酵技术丙酮酸发酵技术”被世界被世界上最大发酵公司之一日本味上最大发酵公司之一日本味之素公司购买,成为之素公司购买,成为该公司该公司从中国购买的第一个技术从中国购买的第一个技术。中国有机酸发酵工业成就中国有机酸发酵工业成就(2)产品产量迅速提高、产品结构更趋合理产品产量迅速提高、产品结构更趋合理近近20年,我国有机酸发酵工业主要产品的总产量呈快速增年,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。产品品种从早期长的态势。产品品种从早期2-3个发展到个发展到10余个。余个。产产 品品199219972
7、00220072012柠檬酸162132.789107乳 酸 0.51.254.513衣康酸0.30.7523葡萄糖酸钠0.382550近近20年有机酸主要产品产量年有机酸主要产品产量单位:万吨单位:万吨中国有机酸发酵工业成就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)生产技术水平不断上升(以柠檬酸为例)12.3%发酵产酸发酵产酸16.5%1999年年 2012年年 77%提取总收率提取总收率90%1999年年 2012年年 发酵周期发酵周期72hr55hr1999年年 2012年年 成品粮耗成品粮耗1.86t/t1.59t/t1999年年 2012年年 汽耗汽耗12.5t
8、/t4.3t/t1999年年 2012年年 电耗电耗1985kW/t966kW/t1999年年 2012年年 水耗水耗142m3/t16m3/t1999年年 2012年年 有机酸行业龙头近年来纷纷通过扩大优势产品的产能,提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,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,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。这有利于保障行业的盈利能力提升与长期发展。中国有机酸发酵工业成就中国有机酸发酵工业成就
9、(4)企业规模扩大,产业集中度增强企业规模扩大,产业集中度增强行行 业业产产 量量企业个数企业个数产量占总量比例产量占总量比例(%)柠檬酸20万吨以上580乳酸2万吨以上273葡萄糖酸钠2万吨以上680衣康酸1万吨以上2 90我国有机酸发酵行业产业集中度我国有机酸发酵行业产业集中度中国有机酸发酵工业成就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新技术、新材料和新装备得到广泛应用l酶技术、膜技术和计算机技术越来越多的被采用酶技术、膜技术和计算机技术越来越多的被采用l设备趋于大型化、连续化和自动化设备趋于大型化、连续化和自动化三三.中国有机酸发酵研究进展丙酸中国有机酸发酵研究进
10、展丙酸丙酸的应用及市场丙酸的应用及市场2012:260m lbs(117,936 tonnes)化学法:2万/吨发酵法:6万/吨(食品安全)丙酸钙价格06年全球产量年全球产量37.7万吨万吨75%用于谷物用于谷物和饲料防腐和饲料防腐筛选丙酸高产菌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产量检测复筛24 25 29 30 32 36菌种鉴定筛选野生型质粒筛选野生型质粒细胞壁裂解条件优化Blank12345678Lysozyme00.500.50.51110ProteinaseK000.50.510.5101Result-+-条件:溶菌酶 20 mg/mL 37 oC,蛋白酶K 2
11、 mg/mL 56 oC.“-”表示细胞壁没有裂解.“+”表示细胞壁被裂解.菌种菌种是否含有质粒是否含有质粒P.a253229302436质粒电泳图质粒鉴定分析质粒鉴定分析质粒ORF转录水平分析丙酸高产菌、野生质粒的筛选以及质粒分析丙酸高产菌、野生质粒的筛选以及质粒分析丙酸杆菌代谢工程改造策略丙酸杆菌代谢工程改造策略过量表达甘油脱氢酶过量表达甘油脱氢酶(gldAgldA),提高对甘油),提高对甘油的利用速率的利用速率过量表达苹果酸脱氢酶过量表达苹果酸脱氢酶(mdhmdh),富马酸水合酶),富马酸水合酶(fumCfumC),提高丙酸代),提高丙酸代谢途径通量谢途径通量gldAmdhfumC过量表
12、达甘油脱氢酶过量表达甘油脱氢酶电转化电转化24241000菌落菌落 PCRPCR菌种鉴定菌种鉴定Marker1000 12 Marker1 5 11 1000 12 35 371000Marker1000 12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),:琥珀酸(SA),:甘油脱氢酶比酶活.2929(pZGX03-gldA)菌株菌株PA(g/L)YP/S(g/g)YP/A(g/g)rPA/Glycerol(g/g)生产强度生产强度(gL-1h-1)2922.0614.618.20.730.1529(pZGX03-gldA)28.23239.080
13、.9410.20培养基及培养条件优化培养基及培养条件优化不同种类的碳源对丙酸发酵过程的影响不同种类的氮源对丙酸发酵过程的影响酵母粉浓度对发酵过程的影响PADCWPADCWSA最佳碳源为最佳碳源为20g/L甘油,最佳氮源为酵母粉,最适浓度为甘油,最佳氮源为酵母粉,最适浓度为10g/L。最佳接种量为最佳接种量为10%,最佳接种龄为,最佳接种龄为48-60h左右种子,最佳培养温度为左右种子,最佳培养温度为30。Control2.104.37 12.3342.105.27 11.4682.155.59 12.46122.264.78 11.63162.135.34 11.59 MgSO4 7H2O(m
14、g/L)DCW(g/L)SA(g/L)PA(g/L)金属Mg2+对发酵过程影响金属Co2+对发酵过程影响 DCW(g/L)SA(g/L)PA(g/L)Control1.644.0410.9841.664.5510.9881.673.9610.61121.614.0710.37161.573.7210.06 ZnSO4 7H2O(mg/L)金属Zn2+对发酵过程影响金属Mn2+对发酵过程影响PASADCWMnSO4H2O(mg/L)DCW(g/L)SA(g/L)PA(g/L)Control1.644.0410.9841.845.8111.0181.764.7111.27121.754.1410.
15、75161.754.4211.30培养基及培养条件优化培养基及培养条件优化-金属离子金属离子最佳最佳Co2+浓度为浓度为10mg/L发酵模式研究发酵模式研究-分批发酵分批发酵甘油初始浓度对丙酸发酵过程的影响20 g/L20 g/L50 g/L50 g/L70 g/L70 g/L80 g/L80 g/L residual glycerol,PA,DCW,SA,*AA 甘油浓度对细胞比生长速率的影响甘油浓度对丙酸比合成速率的影响70 g/L70 g/L20 g/L20 g/L50 g/L50 g/L80 g/L80 g/L20 g/L20 g/L50 g/L50 g/L70 g/L70 g/L80
16、 g/L80 g/L分批发酵过程中,随着分批发酵过程中,随着甘油浓度的增加,菌体甘油浓度的增加,菌体比生长速率及丙酸的比比生长速率及丙酸的比合成速率显著下降,说合成速率显著下降,说明较高的甘油浓度不利明较高的甘油浓度不利于菌体生长及丙酸的合于菌体生长及丙酸的合成。成。参数参数初始甘油浓度(初始甘油浓度(g/L)20507080剩余甘油浓度(剩余甘油浓度(g/L)0.020.0010.030.00150.10.050.120.06发酵时间(发酵时间(h)120615083001735024细胞干重(细胞干重(g/L)1.860.063.790.132.130.072.010.05丙酸产量(丙酸产
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