全 文 ：第5卷第4期
2007年11月
生物加工过程
ChineseJoumal0fBioproeessEn舀nee而ng
Nov．2007
’· 5 ·
1。3．丙二醇发酵中甘油代谢及产物抑制作用
李凤梅1，白皓然1，李文香1，刘长江2
(1．青岛农业大学食品科学与工程学院，青岛266109
2．沈阳农业大学 食品学院，沈阳110161)
摘要：对微生物法甘油转化成1．3一丙二醇过程中代谢规律厦代谢控制的相关酶作以简迷，井着重分析了丁酸媲
茸发酵生产中乙酸、丁酸等副产物时细胞的抑制作用，时未采的研究发展方向进行了展望。
关键词：甘油代谢；丁酸棱茵；1，3一丙二醇；产物抑制
中图分类号：Q93 文献标识码：A 文章编号：1672—3678C20昕)04—0005—04
ProgressofmechaIlismonglycerolmetaboIismto1，3-propanediol
byfb珊entationandproductinllibition
uFeng—meil，BAIHao—m1，L1wen．xian91，LIuchang_jian矿
(1．couege0fF00dsckl啪阻dEn舀need“g，QiⅡgd腑A—cult山tumve陌竹，Qingdao266109，chj岫；
2．cou。ge0fF∞dscience，she“y蛐gAg血uh岫lunjven畸，she“y帆g11016l，clli蚰)
Ab“ract：Glycerolmetaboli帅andrehtiveenzymeinthe1，3-prop帅edi01biosynthesi88ygtemweresur
7eyed．Thein ibitio璐ofmultipleproduc嵋to1，3一propanediol，e5peciaIlyacetatendbutyrate，werein-
volvedandthe岬pect0frecentdevelopmentint．1e6eldw姻addressed．
Key唧ords：一ycerolmeIaboli啪；Ckt删i啪6u廿嘞岍；1，3巾mpanedjol；productinhibi6帅
1，3-丙二醇(1，3-Pmpanediol，简写为1，3一PD)
是一个具有多种用途的中间化合物。目前l，3-丙
二醇化学合成生产方法的原料来源于石油，在石油
日益紧缺的今天，研究以可再生资源为原料，对环
境污染小，副产物可降解并且可以反复利用的微生
物转化法生产l，3一丙二醇具有积极的现实意义”1。
100多年前，人们就知道1．3-丙二醇能从甘油
中发酵得来。微生物发酵甘油生产1．3-丙二醇的
研究始于20世纪70年代中期，Ruch等”o对甘油在
Kk胁拓地Pwumn池中的代谢规律进行了研究，并
于1975年报道在该菌种中存在两条独立的甘油代
谢途径。在此后的大约20a中，主要集中在甘油代
谢途径中关键酶的研究上；而对甘油厌氧发酵的研
究却始于20世纪80年代末90年代初期。BieⅡ
等”-41率先发表了丁酸梭菌(ch￡砌i“m6“c州am)
等菌株
1．3-丙二醇的
研究始于20世纪70年代中期，Ruc h等”o对甘油在
Kk胁拓地Pwumn池中的代谢规律进行了研究，并于1975年报道在该菌种中存在两条
独立的甘油代 谢途径。在此后的大约20 a中，主要 集途径中关键酶的研究上；而对甘油厌 氧发酵研 究却始于20世纪80年代末90年代初 期BieⅡ 等”-41率先发表了丁酸梭菌(ch￡ 砌i“m 6“c州am
万方数据
6 · 生物加工过程 第5卷第4期
1 甘油转化生产1。3·丙二醇代谢途径
1，3一丙二醇是以甘油为底物发酵生产的典型产
物，至目前为止还没有发现可以利用其他有机物为
碳源底物生产1，3一丙二醇的自然菌”1。
甘油作为唯一的碳源和能源物质，除了一部分
形成生物量外，在厌氧条件下，其余甘油渗透到细
胞膜内沿着氧化和还原两条平行路径代谢发生歧
化反应。一方面，甘油既可以由甘油脱氢酶(dhaD)
氧化生成二羟丙酮(DHA)进而由二羟丙酮激酶
(dh擞)磷酸化生成磷酸二羟丙酮(DHAP)，从而也
到达了中心代谢途径，再经过丙酮酸进一步代谢生
成各种副产物，该途径为氧化途径，伴随有还原当
量NADH和ATP的生成。另一方面，甘油也可以在
以维生素B，：为辅酶的甘油脱水酶(dhaB)作用下生
成3-羟基丙醛(3一HPA)，在NADH参与下3-HPA被
．夕黼_
3一羟基P譬／NADH+H+
@lo№+
1．3一丙二醇
正丁醇
i『>甲酸
乙酰c0A
1，3-丙二醇氧化还原酶(PDOR)还原生成1，3-丙二
醇。该途径为还原途径，所需的NADH由氧化途径
提供，这样氧化途径和还原途径就保持着NADH／
NAD+之间的供需平衡。
在厌氧条件下，氧化途径中生成丙酮酸的反应在
不同的菌种中是一致的，但是不同的微生物菌种厌氧
代谢的副产物是不尽相同的，即丙酮酸有多个代谢途
径。丙酮酸被丙酮酸甲酸裂解酶催化分解为乙酰辅
酶A和甲酸，甲酸往往又会分解为cO：和氢气。乙
酰辅酶A在经过乙酰磷酸化形成乙酸的过程中生成
过量的A1P。在肠道细菌中．乙酸和乙醇是主要的副
产物，在不控制pH的条件下，丙酮酸也可能经a一乙
酸乳酸产生3一羟基丁醇并最终转化为2，3一丁二醇。
在丁酸梭菌中，细胞在铁蛋白氧化还原酶的作用下生
成乙酰CoA，并释放出c02和氢气，乙酰coA进一步
代谢最终主要生成乙酸和丁酸，有时也可以伴随有甲
酸和正丁醇的生成(见图1)。
NA矿
NADH+H+
。?|蜀艺淼小
积烯电罗a肿
l、——-A四
丛
2NADH+H．
2NAD．
注：①甘油脱氢酶(dllaD)；②二羟丙蓐4激酶(dlIaK)；③甘油脱水酶(dh丑B)；④l，3．丙二醇氧化还原酶
围1丁酸梭苗厌氧发酵甘油代谢途径
ng．1Metab01j。palhway90fglycerolfementationincz∞r砌帆6眦，mm
册肼碉<
瑾I钊+
栅
卅F馏
一B≥+、●／，
一一
枷
一／
一～洲旷，，，：<
A
A
鹱hl～蕃
万方数据
万方数据
·8· 生物加工过程 第5卷第4期
富士通与法Arkema开发蓖麻油原料的生物塑料
富士通公司正在与法国化学品制造商Arkem联手开发一种以蓖麻油为基本原料的生物塑料。这种塑
料比源自玉米的塑料具有更好的柔韧性，能够进一步拓展生物塑料在笔记本电脑制造上的用途。蓖麻油是
尼龙(聚酰胺)11(PA-11)新型塑料的基本原料。富士通的一位发言人称：“通过弱化链分子间的相互作用，
弛豫有机体的立构规整性，新制成的材料具备充分的柔韧性，可以避免由于反复弯曲造成的材料发白。因
为很多同类材料在发生应变后会变白。”电脑机盖样品的成分包含了60％一80％的新型生物塑料，这是目前
生物塑料应用的最高水平。
NEc将在其产品中采用生物塑料替代常规塑料
日本NEc公司以植物为原料，在世界上率先开发成功具有超过不锈钢热传导能力的生物塑料。据介
绍，NEC开发的新材料具有以下特征：其一，在以玉米等为原料的聚乳酸树脂中，通过添加、混合特定长度的
碳纤维和特定的黏合剂，使树脂中的碳纤维互相结合，形成网眼状，使其具有高度的热传导性。该材料添加
lo％的碳纤维，热传导率可以达到不锈钢的水平；添加质量分数约30％，可达到不锈钢的2倍。其二，除碳
纤维以外，包括黏合剂的原材料，大部分都是由植物中得来。新材料的强度和易塑性可以满足电子产品外
壳要求。NEc公司在其产品中采用生物塑料替代常规塑料。该公司到2010年将使其电子产品塑料部件的
10％以上用生物塑料替代由石油制造的塑料。
(张春鹏)
万方数据