[发明专利]一种提高苏氨酸发酵效率的工艺

说明书

本发明属于发酵技术领域，公开了一种提高苏氨酸发酵效率的方法，其包括如下步骤：在发酵过程中添加了N‑甲基天冬氨酸和甲硫氨酸，提高了苏氨酸的发酵效率，发酵周期缩短，节约了成本。

技术领域

本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种提高苏氨酸发酵效率的工艺。

背景技术

苏氨酸(Threonine，简写Thr) 的化学名称是α-氨基-β-羟基丁酸，是由 W. C.Rose 在 1935 年首先从纤维蛋白水解物中分离出的一种物质。在 1936 年，Meger 发现了类似苏糖结构的空间结构，将其命名为苏氨酸。苏氨酸有 4 种异构体：L-苏氨酸、D-苏氨酸、L-别-苏氨酸和 D-别-苏氨酸，L-苏氨酸是唯一的天然存在物，具有一定的生理效应。L-苏氨酸易溶于水而不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，属于脂肪族氨基酸，味微甜，是构成人类及动植物蛋白质的一种必需氨基酸。现今苏氨酸广泛应用于生活的各个领域，医学、食品、饲料、化妆品方面尤为突出。L-苏氨酸的发酵生产体现了很高的经济价值，如今生物工程技术的发展使得苏氨酸也有着很高的发展和应用空间。L-苏氨酸年产量仅次于 L-谷氨酸和L-赖氨酸，排名第三名。

苏氨酸作为人体所必需的氨基酸之一，在人们的生活中起着越来越重要的作用。随着养殖业的发展，畜禽饲料需求量的迅速增加，苏氨酸扮演着必须从外界摄取的营养成分的角色越来越受到重视。在医药、食品和饲料等方面都有广泛的应用。苏氨酸属于工业化发酵的产品之一，据资料统计，2017 年全球苏氨酸供应量达到 68.5 万吨，同比增长15.5%，或增长 9.2 万吨，增量的 80%来自中国。2017 年中国苏氨酸的供应量达到 53.5万吨，同比增长 15.6%，占全球市场的 78%。2017 年中国苏氨酸生产企业以梅花、阜丰、伊品、成福为主，大成、希杰补充；国际生产企业主要以味之素和 ADM。2017 年中国苏氨酸出口 37.4 万吨，占产量的 69.9%，国内供应 16.1 万吨，国内需求 13 万吨。

L-苏氨酸的生产方法有蛋白质水解法、化学合成法和微生物发酵法。因为蛋白质水解法和化学合成法具有工艺复杂、收率低、环境污染大、成本高等缺点，难以应用于工业化生产，基本上不再使用。微生物发酵的方法具有生产成本低、环境污染小的特点，现已成为工业化生产 L-苏氨酸的主要方法。微生物发酵是指利用微生物在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为目的产物的过程。微生物发酵的生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。利用现代基因工程技术进行菌种的改造，减少副产物的生物合成，提高产物的基因表达，从而提高 L-苏氨酸的产量。伴随着基因工程技术的发展和工业微生物信息量的增加，尤其是工业上生物载体系统的成功构建，上世纪70 年代末前苏联的研究人员就开始利用基因工程技术构建苏氨酸工程菌，为筛选优良的 L-苏氨酸产生菌和提高菌株的产酸水平提供了可靠的技术支持。

用于 L-苏氨酸发酵的微生物主要是埃希氏菌属、短杆菌属、棒杆菌属、变形杆菌属，不同微生物物种中的生物合成途径大致相同。据文献资料报道，有糖酵解途径（EMP）、三羧酸循环（TCA）、戊糖磷酸途径（HMP），补救途径和磷酸转移酶系统（PTS）。HMP 途径可以为氨基酸合成提供大量的 NADPH，具有重要意义。在 L-苏氨酸的发酵过程中，葡萄糖通过糖酵解，三羧酸循环合成草酰乙酸，草酰乙酸是一种重要的中间产物，为 L-苏氨酸合成的重要前体物质之—。研究表明，在大肠杆菌中以葡萄糖为底物的发酵培养中，乙醛酸循环不出现，这意味着 TCA 循环是大肠杆菌发酵过程中的主要氧化方式；同时，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PPC）催化的反应是 TCA 循环的主要回补反应。

对于苏氨酸发酵培养基、合成途径等方面的研究，申请人之前的专利技术进行了大量的阐述，针对苏氨酸的合成机理进行进一步的研究，对培养基、培养条件等进行了优化，以进一步提升苏氨酸的发酵效率，减少代谢副产物的合成。

发明内容