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黑曲霉发酵柠檬酸合成途径与代谢调控

摘要:柠檬酸是微生物发酵法生产的重要有机酸,用途极为广泛。我们厂柠檬酸发

酵采用的是黑曲霉深层发酵技术，所以对黑曲霉发酵的过程的了解和分析有利于

我们实现对发酵的控制和对发酵现在出现的问题从根本上找到解决的途径。

关键词:柠檬酸;黑曲霉合成途径;黑曲霉代谢调控

发酵有机酸以柠檬酸为主,它占酸味剂市场的70%左右。柠檬酸又名枸橼酸，

学名α-羟基丙烷三羧酸，是生物体主要代谢产物之一。化学名称2-羟基丙三羧

酸，英文文献俗名citricacid，分子式CHO。无色或白色晶体，无臭，味极

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酸，易溶于水和乙醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。

一、柠檬酸发酵菌黑曲霉积累柠檬酸的机理

1、黑曲霉柠檬酸生物合成途径

上面的生物反应可以通过化学方程式来表示：

（1）CHO→2CHCOCOOH+2ATP+2NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）

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葡萄糖通过酵解生成分子的丙酮酸

（2）CHCOCOOH+CO+ATP→CHO+ADP+Pi

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丙酮酸在丙酮酸羧化酶的作用下氧化脱掉一个COOH（羧基）生成草酰乙酸

（3）CHCOCOOH＋CoA＋NAD＋→CHC0-CoA＋NADH＋＋CO

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丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的作用下脱氢生成乙酰coa（即活化的乙酸：CHCOOH）

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（4）CHO+CHCOOH→CHO

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草酰乙酸和乙酰coa缩合成为柠檬酸

黑曲霉利用糖类发酵生成柠檬酸,其生物合成途径现普遍认为是:葡萄糖经

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EMP、HMP途径降解生成丙酮酸,丙酮酸一方面氧化脱羧生成乙酰CoA,另一方面

经CO2固定化反应生成草酰乙酸,草酰乙酸与CoA缩合生成柠檬酸。

(1)生长期与产酸期都存在EMP与HMP途径，前者EMP:HMP=2:1，后者

EMP:HMP=4：1

(2)黑曲霉柠檬酸产生菌中存在TCA循环与乙醛酸循环，在以糖质原料发酵

时，当柠檬酸积累时，TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱。

(3)由于TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱，草酰乙酸是由丙酮酸（PYR）或磷

酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化生成的。即由两个CO2固定化反应体系，其中以丙酮

酸羧化酶作用下固定化CO生成草酰乙酸为主。

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二、黑曲霉柠檬酸发酵的代谢调控

柠檬酸是TCA中一员,是许多组织和微生物中广泛存在的一种重要有机酸,

它不仅为许多微生物利用同化,而且是一种重要的代谢调节因子。通常微生物细

胞中合成的柠檬酸进一步经TCA循环,生物合成其他有机酸,提供合成细胞物质

的中间体或彻底氧化产生能量,为细胞活动和耗能合成代谢提供能量。因此正常

生长的细胞中柠檬酸是不会过量积累的。而黑曲