天津工业生物所：生物法发酵生产丁二酸研究进展
12月14-15日，生物降解材料研究院、TK生物基材料主办，中科国生、微构工场、丰原生物协办的《生物基与降解材料2022年度大会暨颁奖典礼》将在苏州举办，会议将发布PBAT、BDO、PLA等材料年度数据，现诚邀行业专家、企业代表出席，欢迎报名参展参会。
近年来，生物制造关键核心技术与底层技术研发不断取得突破，正在进入快速产业化阶段，新产品开发速度和过程工艺的绿色环保水平大幅度提升，生物制造正在成为构建可持续发展路线和提升生物经济发展能力的战略驱动力量。
依托生物制造技术，能够实现化工原料和化工过程的替代，有望彻底变革未来物质生产和加工模式。预计未来 10 年，石油化工和煤化工产品的 35%可被生物制造产品所替代，成为可再生产品，对能源、材料、化工等领域产生广泛影响。
天津工业生物所在可再生碳源发酵生产大宗有机酸研究领域取得了显著进展，在代谢工程设计，工业菌种构建和提升方面，一批菌种实现了产业化，为低碳经济发展作出了独特贡献。
丁二酸 (succinic acid)，是一种四碳二羧酸，是一种优秀的平台化合物，被美国能源部列为未来 12 种最有价值的平台化合物之一，可以衍生出很多下游产品，如 1,4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮和 2-吡喏烷酮。大约有 250 种可以用苯为原料生产的化工产品都可以通过丁二酸为原料生产。
另一方面，丁二酸还是生产聚丁二酸丁二醇酯(poly(butylene succinate), PBS) 全生物降解塑料的关键原料。市场潜力达 160 亿美元/年。生物法发酵生产丁二酸所使用的菌种主要有两大类。
一类是天然产丁二酸菌，主要有产丁二酸放线杆菌 (Actinobacillus succinogens)、产丁二酸曼海姆菌 (Mannheimiasucciniciproducens) 、产丁二酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillum succiniciproducens)。
另一类是通过代谢工程改造的工程菌，如大肠杆菌和酿酒酵母等。天然产丁二酸菌虽然能够高产丁二酸，但自身存在很多缺陷。如在发酵过程中，糖酸转化率最高为 0.9 g/g，仍低于理论值1.12 g/g，有相当一部分碳源流入到其他有机酸的合成。另外，天然产丁二酸菌发酵过程中需要丰富培养基，增加了生产成本和下游分离纯化成本，限制了其大规模工业化生产。大肠杆菌在糖发酵过程中虽然只积累少量的丁二酸，但由于其生理遗传背景清晰，易于基因改造。
美国佛罗里达大学 Ingram 研究团队通过敲除 adhE 、 ldhA 、 ackA 、 pflB 、 mgsA 、poxB、tdcDE、citF、aspc、sfca、pta 基因，构建出的工程菌 KJ134 在厌氧条件下丁二酸产量达到 83 g/L，糖酸转化率达到 0.92 g/g。
天津工业生物所张学礼研究团队用 C5 磷酸戊糖途径替代 C6 糖酵解途径，通过增强葡萄糖代谢的还原力供给量，从而解决丁二酸合成途径中还原力不足的问题，显著提高了丁二酸的糖酸转化率。工程菌株 HX-024 在 300 m3 发酵罐上，发酵 36 h 后，丁二酸产量达 100 g/L，糖酸转化率达 1.02 g/g，糖酸转化率指标达到目前国际最高水平。
大肠杆菌厌氧发酵生产丁二酸技术与山东兰典生物科技股份有限公司 (兰典) 合作。目前，兰典在国内实现了发酵法生产丁二酸的产业化，生产成本比传统的石油化工路线降低 20%。该技术的实现对降低丁二酸生产成本，摆脱石油资源的依赖，促进可降解塑料产业的推广具有重要的意义。
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