全 文 ：第９卷第５期
２０１１年９月
生 物 加 工 过 程
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．９Ｎｏ．５
Ｓｅｐ．２０１１
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－３６７８．２０１１．０５．００５
收稿日期：２０１１－０５－０６
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００６ＡＡ０２０３０１０９）
作者简介：于 芳（１９８７—），女，山东青岛人，硕士研究生，研究方向：发酵工程；郑 璞（联系人），研究员，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｐｕ＠ｊｉａｎｇｎａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ
碳酸盐对谷氨酸产生菌在缺氧条件下产有机酸的影响
于 芳，郑 璞，倪 晔，董晋军，王兴林，孙志浩
（江南大学 生物工程学院 工业生物技术教育部重点实验室，无锡 ２１４１２２）
摘 要：考察谷氨酸产生菌在缺氧条件下积累Ｌ乳酸和琥珀酸的情况。结果表明：在缺氧条件下，嗜乙酰乙酸棒
杆菌（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｅｔｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍ）ＡＴＣＣ１３８７０积累有机酸的浓度随菌体密度的增大而增加，其中琥珀酸和乳
酸积累的最适ｐＨ分别为７５和８０，最高质量浓度分别为２２５和６０ｇ／Ｌ。碳酸盐是影响产酸与有机酸分布的主
要因素。比较ＡＴＣＣ１３８７０在ＮａＨＣＯ３浓度为４０和４００ｍｍｏｌ／Ｌ时的代谢通量，发现后者合成琥珀酸的代谢通量比
前者提高了２１４１％，合成乳酸的代谢通量降低了６１８％，说明ＰＥＰ节点处的代谢通量分配明显受ＮａＨＣＯ３浓度的
影响，而ＰＹＲ节点受环境因素的影响不明显。
关键词：谷氨酸产生菌；乳酸；代谢流；缺氧；琥珀酸
中图分类号：Ｑ９３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１１）０５－００２２－０５
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｏｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｏｆ
ｇｌｕｔａｍｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｕｎｄｅｒｏｘｙｇｅｎｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎ
ＹＵＦａｎｇ，ＺＨＥＮＧＰｕ，ＮＩＹｅ，ＤＯＮＧＪｉｎｊｕｎ，ＷＡＮＧＸｉｎｇｌｉｎ，ＳＵＮＺｈｉｈａｏ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄａｎｄｌａｃｔｉｃａｃｉｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｂｙＬｇｌｕｔａｍｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｕｎｄｅｒｏｘｙｇｅｎ
ｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｅｔｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍＡＴＣＣ１３８７０ｃｏｕｌｄ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｎｏｔａｂｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｔｓｃｅｌ
ｄｅｎｓｉｔｙ．ＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｐＨｖａｌｕｅｓｆｏｒｓｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄａｎｄｌａｃｔｉｃａｃｉｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｂｙＣ．ａｃｅｔｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍＡＴＣＣ
１３８７０ｗｅｒｅ７５ａｎｄ８０，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｔｗｈｉｃｈｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄａｎｄｌａｃｔｉｃａｃｉｄ
ｒｅａｃｈｅｄｔｏ２２５ａｎｄ６００ｇ／Ｌ，ｃｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ．Ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｗａｓｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｍｏｒｅｔｈａｎｇｌｕｃｏｓｅ．Ｔｈｅｍｅｔａｂｏｌｉｃｆｌｕｘｔｏｔｈｅｓｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐａｔｈｗａｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ
２１４１％，ｗｈｉｌｅｔｈｅｆｌｕｘｔｏｔｈｅｌａｃｔｉｃａｃｉｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐａｔｈｗａｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ６１８％ ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｏｄｉｕｍ
ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｆｒｏｍ４０ｍｍｏｌ／Ｌｔｏ４００ｍｍｏｌ／Ｌ．ＴｈｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔＰＥＰｎｏｄｅｗａｓｅｖｉｄｅｎｔｌｙ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｓｏｄｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｕｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰＹＲｎｏｄｅｗａｓｌｅｓｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｌｕｔａｍｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ；ｌａｃｔｉｃａｃｉｄ；ｍｅｔａｂｏｌｉｃｆｌｕｘ；ｏｘｙｇｅｎｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎ；ｓｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄ
谷氨酸产生菌具有产酸效率高、食品安全性好
的特点，近年来已成为研究氨基酸产品的开发，探
索非氨基酸产物合成与调节途径及功能基因组的
模式菌［１］。其中，用谷氨酸产生菌生产有机酸的研
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究也受到人们的关注。Ｉｎｕｉ等［２］发现好氧培养的谷
氨酸产生菌处于缺氧环境时，细胞能够分泌相当量
的乳酸作为代谢产物，表明了用谷氨酸产生菌在缺
氧条件下生产有机酸的可能性；Ｏｋｉｎｏ等［３－４］用
Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ基因工程菌生产琥珀酸与 Ｄ 乳酸，
最高产量可分别达到１４６与１２０ｇ／Ｌ，反映了谷氨酸
产生菌用于有机酸生产的潜在应用价值。
笔者考察Ｃ．ａｃｅｔｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍＡＴＣＣ１３８７０在缺
氧环境下产有机酸分布的情况及影响因素，通过代
谢流分析，揭示不同 ＮａＨＣＯ３浓度对关键代谢节点
处代谢流分布的影响，为进一步研究以谷氨酸产生
菌为模式菌生产乳酸或琥珀酸提供参考。
１ 材料与方法
１１ 材料
１１１ 菌株
嗜乙酰乙酸棒杆菌（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｅｔｏａｃｉｄｏｐｈｉ
ｌｕｍ）ＡＴＣＣ１３８７０，由江南大学生物催化研究室保藏。
１１２ 培养基
斜面培养基（１Ｌ）：葡萄糖１ｇ，蛋白胨１０ｇ，酵
母膏５ｇ，ＮａＣｌ５ｇ，琼脂 ２０ｇ。
种子培养基（１Ｌ）：尿素２ｇ，酵母膏 ２ｇ，酪蛋白
７ｇ，（ＮＨ４）２ＳＯ４７ｇ，ＫＨ２ＰＯ４０５ｇ，Ｋ２ＨＰＯ４０５ｇ，
ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ０５ｇ，ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ６ｍｇ，ＭｎＳＯ４·Ｈ２Ｏ
４２ｍｇ，生物素 ０２ｍｇ，硫胺素 ０２ｍｇ和葡萄糖
４０ｇ。ｐＨ７０～７２。１１５℃灭菌２０ｍｉｎ。
发酵培养基（１Ｌ）：ＫＨ２ＰＯ４０５ｇ，Ｋ２ＨＰＯ４０５ｇ，
ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ０５ｇ，ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ６ｍｇ，ＭｎＳＯ４·Ｈ２Ｏ
４２ｍｇ，生物素 ０２ｍｇ和硫胺素 ０２ｍｇ。ｐＨ７０～
７２。１１５℃灭菌２０ｍｉｎ。
１２ 实验方法
１２１ 有机酸的发酵方法
从斜面上将菌种挑取２环于种子培养基中，在
３０℃、２００ｒ／ｍｉｎ培养 ２４ｈ；将种子液离心（５０００
ｒ／ｍｉｎ、４℃、１０ｍｉｎ），收集菌体，将菌悬液接种到
３３℃、５００ｍＬ有盖子的试剂瓶中。在发酵过程中
间歇性地补加碳酸盐。
１２２ 代谢产物及残糖的测定
葡萄糖及琥珀酸、乙酸、乳酸的测定参照文献［５］。
１２３ ＡＴＣＣ１３８７０缺氧条件下产有机酸代谢网络
的建立
从文献［６］可知，ＡＴＣＣ１３８７０在缺氧条件下的
主产物为乳酸、琥珀酸和乙酸，并且存在 ＥＭＰ、
ＨＭＰ、回补途径、Ｃ３及 Ｃ４途径。而乙醛酸支路并未
出现；而且 ＰＥＰＣ（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）催化
的反应主要是回补反应。
按以下原则［７］建立代谢网络：１）代谢流分析是
基于拟稳态假设基础上的分析方法，缺氧环境中该
菌细胞无法生长，即生物量的合成为零；２）乙醛酸
循环在细胞代谢过程中不存在；３）按固定比例进行
的反应以及无分支点的中间反应，尽量简化为一个
反应方程；４）细胞生长停滞阶段，由于大量无效循
环的存在，细胞维持能量总量与 ＡＴＰ的消耗量并不
相等，所以不考虑ＡＴＰ总量的平衡。
１２４ 流量平衡方程计算
假设细胞内的中间代谢物均处于拟稳态，即其
浓度变化速率为０。根据物料质量守恒定律计算代
谢物的积累速率有：
０＝Ａｘ（ｔ）＝Ｇ×ｒ＝Ｇｍ×ｒｍ＋Ｇｃ×ｒｃ （１）
式（１）中，Ａｘ（ｔ）是中间代谢产物的积累速率，Ｇ是
ｎ×ｋ阶的代谢反应总行列矩阵，ｒ是 ｋ×１阶的反应
速率的向量，通过矩阵的分割将 Ｇ转化为２个矩阵
Ｇｃ和Ｇｍ。Ｇｃ中包含的是与待测反应通量（ｃ）有关
的系数，Ｇｍ中则包含与已知通量（ｍ）相关的系数。
式（１）的自由度：Ｆ＝ｋ－ｎ。在琥珀酸代谢网络中，
一共有ｍ（５）个代谢通量是可以测量的，即ｍ＞Ｆ＝
４。所以Ｇｃ为一个１３×１２的矩阵，该系统为超定系
统，通过最小二乘法进行方程求解计算［８－９］，利用
Ｍａｔｌａｂ７０软件计算得出代谢流分布。参照文献
［２－３，６］的研究，ＡＴＣＣ１３８７０缺氧条件下发酵前
期产有机酸的速率最快，因此本文中需计算 ＡＴＣＣ
１３８７０发酵８ｈ的代谢通量。
２ 结果与讨论
２１ 培养方式对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
不同培养方式对 ＡＴＣＣ１３７８０产有机酸的影响
结果见图 １。由图 １可知：缺氧静止培养条件下
ＡＴＣＣ１３８７０的乳酸产量最高，而在缺氧振荡培养条
件下其琥珀酸产量最高，而且其好养条件下的产酸
水平远低于缺氧条件下的水平。
２２ 菌体密度对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
考察不同菌体密度对 ＡＴＣＣ１３８７０产酸的影
响，结果见图２。由图２可知：随着菌体密度增大，
乳酸和琥珀酸的产量也相应增加，当菌体密度（以
干细胞计）为６０ｇ／Ｌ时，乳酸和琥珀酸的产量达到
最高，分别为４５４６和２０６５ｇ／Ｌ。
３２ 第５期 于 芳等：碳酸盐对谷氨酸产生菌在缺氧条件下产有机酸的影响
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图１ 培养方式对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
Ｆｉｇ．１ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｃｕｌｔｕｒｅｍｅｔｈｏｄｓｏｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙＡＴＣＣ１３８７０
图２ 菌体密度对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｃｅｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙＡＴＣＣ１３８７０
２３ 葡萄糖浓度对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
比较不同葡萄糖浓度下 ＡＴＣＣ１３８７０产琥珀
酸和乳酸的情况，结果见图 ３。由图 ３可知：随着
葡萄糖浓度的增加，葡萄糖的消耗速率与琥珀酸、
乳酸的生成速率几乎恒定，分别为 ３７７～３９７、
２１５８～２４４６和５８４～６１８ｍｍｏｌ／（ｈ·Ｌ）。说明
葡萄糖浓度为 １００～４００ｍｍｏｌ／Ｌ时，琥珀酸与乳
酸的生成不受葡萄糖基质浓度的限制。
图３ 葡萄糖浓度对ＡＴＣＣ１３８７０产
有机酸的影响
Ｆｉｇ．３ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｇｌｕｃｏｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｏｒｇａｎｉｃ
ａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙＡＴＣＣ１３８７０
２４ ｐＨ对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
考察发酵过程中不同的 ｐＨ对 ＡＴＣＣ１３８７０产
酸的影响，在缺氧条件下发酵４８ｈ得到如图５所示
的结果。由图５可知：当ｐＨ７５时，ＡＴＣＣ１３８７０的
琥珀酸产量最高（２２５ｇ／Ｌ），而当 ｐＨ为８０时，其
乳酸的产量达到最高（６０ｇ／Ｌ）。
图４ ｐＨ对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影响
Ｆｉｇ．４ ＥｆｅｃｔｓｏｆｐＨｏｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｂｙＡＴＣＣ１３８７０
２５ 碳酸盐种类对ＡＴＣＣ１３８７０的产酸影响
在ｐＨ７５条件下，考察Ｎａ２ＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＮａＨＣＯ３
和ＣａＣＯ３这４种碳酸盐对ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸的影
响，结果见图５。由图５可知：补加Ｎａ２ＣＯ３、ＭｇＣＯ３、
ＮａＨＣＯ３和 ＣａＣＯ３时的乳酸与琥珀酸的比值分别为
２５１∶１、２０６∶１、２７０∶１和 ２６７∶１。由此可以看出，
ＮａＨＣＯ３最利于有机总酸的积累，而ＭｇＣＯ３则最利于琥
珀酸的积累。
图５ 碳酸盐种类对ＡＴＣＣ１３８７０产
有机酸的影响
Ｆｉｇ．５ Ｅｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｓｏｎｏｒｇａｎｉｃ
ａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙＡＴＣＣ１３８７０
２６ ＮａＨＣＯ３浓度对 ＡＴＣＣ１３８７０产有机酸代谢
流分布的影响
考察ＮａＨＣＯ３浓度分别为４０和４００ｍｍｏｌ／Ｌ时，
ＡＴＣＣ１３８７０的产有机酸的代谢通量（表１）。代谢
通量计算结果如图６所示。
４２ 生 物 加 工 过 程 第９卷
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表１ ４０和４００ｍｍｏｌ／ＬＮａＨＣＯ３浓度条件下底物与产物的浓度变化
Ｔａｂｌｅ１ Ｔｈｅｒａｔｅｏｆｇｌｕｃｏｓｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｓｏｄｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ４０ａｎｄ４００ｍｍｏｌ／Ｌ
ｃ（ＮａＨＣＯ３）／
（ｍｍｏｌ·Ｌ－１）
ρ（葡萄糖）／
（ｇ·Ｌ－１）
ρ（乳酸）／
（ｇ·Ｌ－１）
ρ（琥珀酸）／
（ｇ·Ｌ－１）
ρ（乙酸）／
（ｇ·Ｌ－１）
速率／
（ｍｍｏｌ·ｈ－１·Ｌ－１）
７ｈ ９ｈ ７ｈ ９ｈ ７ｈ ９ｈ ７ｈ ９ｈ 葡萄糖 乳酸 琥珀酸 乙酸
４０ ６８９８０ ６８０２０ ５３８７ ６１３８ ０１４４ ０２５７ ００８１ ０１０９ １００ １５６４００ ２０８２０ ８８６０
４００ ６２０９６ ５９０６３ ６２８１ ８１０２ ４３４４ ５６４４ ０２５９ ０３１５ １００ １２００８５ ６５４００ ５５４０
图６ ４０和４００ｍｍｏｌ／ＬＮａＨＣＯ３浓度条件下
ＡＴＣＣ１３８７０的代谢通量分析比较
Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｅｔａｂｏｌｉｃｆｌｕｘａｎａｌｙｓｉｓｂｙ
ＡＴＣＣ１３８７０ｏｎｓｏｄｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ４０ａｎｄ４００ｍｍｏｌ／Ｌ
２６１ ＰＥＰ节点分析
谷氨酸棒杆菌中ＣＯ２固定反应是提供琥珀酸前
体物草酰乙酸（ＯＡＡ）的主要途径［１０］。而乳酸的前
体物丙酮酸（ＰＹＲ）是由磷酸烯醇式丙酮酸（ＰＥＰ）经
过丙酮酸激酶催化生成的。ＰＥＰ节点处的流量分配
如图７所示。由图７可知：在ＮａＨＣＯ３浓度为４０和
４００ｍｍｏｌ／Ｌ条件下，后者合成 ＯＡＡ的代谢通量比
前者提高了２１４１％，合成 ＰＹＲ的代谢通量降低了
６１８％，说明 ＰＥＰ节点处的代谢通量分配明显受
ＮａＨＣＯ３浓度的影响。增加ＮａＨＣＯ３浓度使相当一部
分的代谢流向着生成ＯＡＡ的方向迁移，从而使合成
琥珀酸的代谢流增加，合成乳酸的代谢流减小。因
此，ＰＥＰ节点为柔性节点。
２６２ ＰＹＲ节点分析
研究表明，尽管ＰＹＣ（丙酮酸羧化酶）是主要的
图７ ２种ＮａＨＣＯ３浓度条件下ＰＥＰ节点处的流量分配
Ｆｉｇ．７ ＦｌｕｘｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｔｈｅＰＥＰｎｏｄｅｏｎ
ｓｏｄｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ
４０ｍｍｏｌ／Ｌ（ａ）ａｎｄ４００ｍｍｏｌ／Ｌ（ｂ）
补缺酶，但是草酰乙酸主要是由 ＰＥＰＣ催化生成的，
几乎很少的ＯＡＡ是由ＰＥＰＣＫ（磷酸烯醇式丙酮酸羧
图８ ２种ＮａＨＣＯ３浓度条件下ＰＹＲ节点处的流量分配
Ｆｉｇ．８ ＦｌｕｘｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｔｈｅＰＹＲｎｏｄｅｏｎ
ｓｏｄｉｕｍｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ
４０ｍｍｏｌ／Ｌ（ａ）ａｎｄ４００ｍｍｏｌ／Ｌ（ｂ）
化激酶）和ＰＹＣ催化生成的［１０］。ＰＹＲ节点处的流量
分配如图８所示。由图８可知：随着ＮａＨＣＯ３浓度的
增加，由ＰＹＲ生成ＯＡＡ的代谢流量仍为０，且通往乳
酸的代谢流降低了２３％，因此，ＰＹＲ为刚性节点，该
５２ 第５期 于 芳等：碳酸盐对谷氨酸产生菌在缺氧条件下产有机酸的影响
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节点受环境影响不明显。
３ 结论
嗜乙酰乙酸棒杆菌 ＣａｃｅｔｏａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍＡＴＣＣ
１３８７０在缺氧条件下积累琥珀酸和乳酸的最高质量
浓度分别可达到２２５和６０ｇ／Ｌ。
碳酸盐是影响产酸与有机酸分布的主要因素。
比较 ＡＴＣＣ１３８７０在 ＮａＨＣＯ３浓度为 ４０与 ４００
ｍｍｏｌ／Ｌ时的代谢通量，发现后者合成琥珀酸的代谢
通量比前者提高了２１４１％，合成乳酸的代谢通量
降低了６１８％，说明 ＰＥＰ节点明显受 ＮａＨＣＯ３浓度
的影响，而ＰＹＲ节点受环境因素的影响不明显。因
此，若用基因工程技术切断生成乳酸的代谢途径，
则更多的碳代谢有可能流向草酰乙酸与琥珀酸；若
通过基因工程技术，增强乳酸脱氢酶活性，使由丙
酮酸生成乳酸的代谢流量加大，则可提高乳酸的生
成量。实验结果为进一步研究用谷氨酸产生菌生
产乳酸与琥珀酸提供了参考。
参考文献：
［１］ ＥｇｇｅｌｉｎｇＬ，ＢｏｔＭ．ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ
［Ｍ］．ＢｏｃａＲａｔｏｎ：ＣＲＣＰｒｅｓｓ，２００５．
［２］ ＩｎｕｉＭ，ＭｕｒａｋａｍｉＳ，ＯｋｉｎｏＳ，ｅｔａｌ．ＭｅｔａｂｏｌｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｒｙｎｅ
ｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍｄｕｒｉｎｇｌａｃｔａｔｅａｎｄｓｕｃｃｉｎａｔｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓ
ｕｎｄｅｒｏｘｙｇｅｎｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＭｏｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈ
ｎｏｌ，２００４，７（４）：１８２１９６．
［３］ ＯｋｉｎｏＳ，ＮｏｂｕｒｙｕＲ，ＳｕｄａＭ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｆｉｃｉｅｎｔｓｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎａｍｅｔａｂｏｌｉｃａｌｙｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ
ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍｓｔｒａｉｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００８，８１（３）：
４５９４６４．
［４］ ＯｋｉｎｏＳ，ＳｕｄａＭ，ＦｕｊｉｋｕｒａＫ，ｅｔａｌ．ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＤｌａｃｔｉｃａｃｉｄｂｙ
Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍｕｎｄｅｒｏｘｙｇｅｎｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌ
ＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００８，７８（３）：４４９４５４．
［５］ 刘宇鹏，郑璞，孙志浩．离子排斥色谱法分析发酵液中的琥珀
酸等代谢产物［Ｊ］．食品与发酵工业，２００６，３２（１２）：１１９１２２．
［６］ ＯｋｉｎｏＳ，ＩｎｕｉＭ，ＹｕｋａｗａＨ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓｂｙ
Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍｕｎｄｅｒｏｘｙｇｅｎｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌ
ＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００５，６８（４）：４７５４８０．
［７］ 李智涛，卢志洪，吕扬勇，等．谷氨酸棒杆菌 Ｓ９１１４在不同溶
氧条件下发酵生产谷氨酸的代谢流分析［Ｊ］．中国酿造，２０１０
（１０）：７２７６．
［８］ 区诗德．ＭｏｏｒｅＰｅｎｒｏｓｅ广义逆阵的计算［Ｊ］．玉林师范学院学
报：自然科学版，２００１，２２（３）：１１１４．
［９］ 陶玉娟，宋旭霞．广义逆与逆矩阵的性质比较［Ｊ］．呼伦贝尔
学院学报，２００５，１３（１）：９７９８．
［１０］ ＭｃＫｉｎｌａｙＪＢ，ＶｉｅｉｌｅＣ，ＺｅｉｋｕｓＪＧ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓｆｏｒａｂｉｏｂａｓｅｄ
ｓｕｃｃｉｎａｔｅｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．ＡｐｐｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００７，７６（４）：
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
７２７７４０．
国外动态
整容新时代：生物合成材料将取代人体软组织
美国科学家在《科学·转化医学》杂志上撰文指出，他们研发出了一种新的生物合成材料，只需在皮下
注入这些可永久取代身体软组织的光激活移植物，医生们就可对创伤或疾病造成的组织损伤进行修复和功
能重建。这种非侵入式的移植技术尤其适用于面部整形，避免了现有技术存在的疤痕形成及功能丧失等问
题，有望开启新的整容时代。
以色列科学家研发纳米机器人可在人体内“巡逻”自动给药
以色列科学家正在研制一种微型纳米机器人，它可以在人体内“巡逻”，在锁定病灶后自动释放所携带
的药物。这种技术的原理是：在编程过程中将某种特定疾病定义为“是”状态。“巡逻”过程中，机器人可执
行一系列计算，检查所在位置处信使ＲＮＡ上的疾病指标。如果某种特定疾病的所有指标都满足，机器人这
时会做出应该释放药物的判断。如果检测到的指标并不充分，它最后会位于“否”的状态。科学家对这种机
器人进行了不断的改进，并取得了突破性的进展，它现在可以从多种渠道来检测疾病指标，例如信使 ＲＮＡ、
微ＲＮＡ、蛋白质以及多种小分子。
（胡晓丽）
６２ 生 物 加 工 过 程 第９卷
＼＼ＤＺ１９＼Ｄ＼孙桂云＼生物加工２０１１＼第５期＼ＳＷ１１０５．ＰＳ ６校样 排版：孙桂云 修改日期：２０１１／０９／２８