酵 母 菌
Debaryomyces(德巴利酵母属)，Candida(假丝 酵母属)，Saccharomyces(酵母属)， Torulopsis(球拟酵母)等。
葡萄糖
NA
丙 酮 酸 的 代 谢 机 制 图
甘油
异亮氨酸，缬氨酸
B1
磷酸烯醇式丙酮酸
B1 NA
乳酸
NA
LDH
丙酮酸
NA B1
PDC PDC
丙酮酸结构式
丙酮酸的主要用途
用途 实例
用 途 生 化 研 究
实例
丙酮酸是测定伯醇、 仲醇和脂肪胺含量的通 用试剂，也是测定转氨 酶及乳酸脱氢酶活力的 生化试剂。
酶法合成 L-色氨酸和 制药 (L一酪氨酸、L一多巴;是 工业 合成L一半胱氨酸、L一亮 氨酸、VB6和VB12的原料。
是合成乙烯系聚合物、氢 农用 化阿托酸、古物保护剂、 化学 除草剂等多种农药的起始 品 原料。
丙酮酸的发酵机制
丙酮酸是机体代谢的中间产物，既处于糖酵 解(EMP)途径的末端，又是连接EMP途径和TCA循 环的关键产物，它可经多条途径生成乙醇、乳酸、 草酞乙酸、丙氨酸、撷氨酸和异亮氨酸等。因此 其所处的位置极为特殊。根据代谢控制育种和发 酵原理，要想在生物体内大量积累丙酮酸，就必 须进一步切断或更确切地说是减弱丙酮酸的进一 步代谢支路，加速丙酮酸的合成速度，去除代谢 产物的反馈阻遏或反馈抑制。
丙酮酸
张亚
丙酮酸
丙酮酸的理化性质 丙酮酸用途及生产现状 生产菌株 丙酮酸的代谢途径及发酵机制 酵母生产丙酮酸实例
理化性质
丙酮酸（Pyruvic acid），又称 2-氧代丙酸、α -酮基丙酸或乙 酰基甲为无色至淡黄色液体，呈 醋酸香气和愉快酸味，见光色变 深，易吸潮、聚合、分解，能与 水、乙醇、乙醚混溶。其熔点 11.8℃，沸点165℃（分解）。 分子式C3H4O3，分子量为85.06， 是最重要的α -氧代羧酸之一。
1995年国外一些研究机构发表丙酮酸钙在减 肥保健上具有独特疗效的报道后，国外（主 要是美国）对丙酮酸钙的需求量激活，刺激 国内一些化工厂一拥而上，一时间国内丙酮 酸（化学法）的生产能力达2000吨/年左右, 丙酮酸及其盐的市场价由当时28万元/吨降低 到9万元/吨。如何解决丙酮酸的市场需求不断 扩大，但其价格又无法进一步下降这一矛盾 呢？显然开发成本更低的丙酮酸生产技术， 即采用直接发酵或生物转化法是解决此问题 的根本出路。
尽管一些微生物能够积累丙酮酸，但其产量 无法达到工业生产要求而选育高产丙酮酸菌 株十分困难，发酵法生产丙酮酸真正取得突 破是1988年，日本东丽工业株式会社的研究 人员宫田令子和米原撤选育出一系列丙酮酸 产量超过50g/mL的球拟酵母菌株，使得发酵 法生产丙酮酸的工业化成为可能。1989年实 现工业化发酵生产，其产酸率最高达67.8g/L。 1992年日本开始采用发酵法生产丙酮酸产量 为400吨/年,售价为4000日元/Kg。
华东理工大学王翠华等人利用光滑球拟酵母 Torulopsis glabrata 620，发酵 44h 时丙酮酸 产量达到 74．7g/L， 得率为 87％， 丙酮酸生 产强度为11．70g· (L· h)-1
河南大学生物工程研究所林标声、 张彭湃等人利用光滑球拟酵Torulopsis Glabrata TK006，在 7L 发酵罐上的发 酵产酸量、转化率和生产强度分别是 80．51g/L、0．69g ／ g 和1．83 g· (1· h) -1 新疆石河子开发区天富生化技术有 限责任公司于 2007 年12 月Torulopsis glabrata TFSH在 145m3发酵罐上首次 实现了我国发酵法工业化生产丙酮酸， 取得了发酵产酸 56．2 g ／ L，糖酸转 化率 0．65g ／ g 的成绩。
GB2760-1996规定为 食品 酸味添加剂。近年来由于 工业 在减肥上有特效而受到西 方消费者青睐。
细 胞 培 养
传 感 器
与乳酸组成抗氧化剂， 减低、降低对细胞的伤 害；是动物细胞培养的 重要地物。
与乳酸、锂构成人工胰 脏，作为体外传感器测 定葡萄糖的含量。
生 产 现 状
作为一种化工产品，丙酮酸早已实现工业化 生产，但是直到20世纪90年代工业上生产 丙酮 酸还沿用Howard Fraeer（1932）开发的酒石 酸脱水脱羟法，没有多大改进，此法是将酒石酸 +硫酸氢钾混合在220℃下蒸馏，馏出物再经真 空精馏即可得丙酮酸，工艺简单易行。其主要缺 点（1）丙酮酸产率较低（为酒石酒量的29～ 30%）。（2）得到1g丙酮酸需消耗5g硫酸氢钾， 以目前(酒石酸1.5万元/吨, 硫酸氢钾0.6万元/吨) 市场价计算,仅原料成本至少需8万元/吨,为此在 很长一段时间内, 丙酮酸的价格居高不下,限制其 推广应用。
丙酮酸发酵研究起始于20世纪50年代，能直接产生 丙酮酸的菌种主要有以下各属:
细菌及放线菌:
Acinetbacter(不动杆菌属)，Schizophyllum(裂褶菌 属)，Enterobacter (肠杆菌属)，Enrerococcus， Escherichia(埃希氏菌属)，Pseudomonas (假单胞菌属);乙醛NAFra bibliotekADH
乙醇
乙酸
AIDH
乙酰辅酶 A ACS 草 酰 乙 酸
Pdx
丙氨酸
Pdx
谷氨酰胺
α -酮戊二酸
切断或减弱
谷氨酸
NA
加速代谢流 表示所需的辅酶或辅基， 圈内为辅酶或辅基（NA 表示烟酸，B1 为硫胺素，Bio 为生物素，Pdx 为吡哆醇。
Ⅰ、丙酮酸脱羧酶（PDC）； Ⅱ、丙酮酸转氨酶 （PT）； Ⅲ、丙酮酸羧化酶（PC）； Ⅳ、丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）。
江南大学李寅、陈坚等人选育得 到 一 株 光 滑 球 拟 酵 母Torulopsis glabrata WSH-IP303， 2.5L 发酵罐进行分批发酵， 发酵56h， 丙酮酸 产量和转化率分别达到 69．4g/L 和0．636g ／ g；采用该菌株在 5L 发酵罐上进行分批发酵实验， 发酵 56 h，丙酮酸产量可达77.8g/L,对葡萄糖的 转化率为 0 651g /g。
NA和B1是丙酮酸脱氢酶系（PDH）的辅因子
Bio是丙酮酸羧化酶（PC）的辅因子 B6是丙酮酸转氨酶（PT）的辅因子 B1是丙酮酸脱羧酶（PDC）辅助因子
丙酮酸主要通过六条之路进一步代谢：
• （1）丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系(PDH)的作用下生成乙 酞辅酶A，进入TCA循环，需要焦磷酸硫胺素(TPP)、 硫辛酸、FAD、NAD+、辅酶A和Mg2+共六种辅助因子; • (2)丙酮酸在丙酮酸脱梭酶(PDC)的作用下脱梭生成乙醛， 进而还原成乙醇，其中PDC需要TPP〔VBI)作为辅酶; • (3)丙酮酸在厌氧状态下由乳酸脱氢酶(LDH)作用生成乳 酸，此过程中需要NADH十H十为其提供质子H; • (4)丙酮酸在丙酮酸梭化酶(PC)作用下生成草酞乙(OAA)， 此过程需要生物素(Bio)为辅酶: • (5)丙酮酸在谷一丙转氨酶(以毗哆醛Pdx为辅酶)作用下 生成丙氨酸(Ala); • (6)丙酮酸经多步反应在转氨酶的作用下形成撷氨酸、异 亮氨酸。