【交汇点新闻11月15日】维生素C是人体必需的维生素之一，其超强的抗氧化能力、自由基清除能力和其它相关生理功能使其被广泛应用于医药、食品、化妆品和饲料等各个领域。
记者近日从江南大学了解到，江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队周景文教授课题组在维生素C的一步合成工艺开发方面获得重要研究进展，相关研究成功为维生素C单菌一步发酵工艺的实现提供了元件和方向。这可以大幅度降低维生素C生产过程中的能耗，对维生素C工业生产技术的更新换代有着重要推动。相关研究分别发表于《先进科学》（Advanced Science）和《生物资源技术》（Bioresource Technology）。
由于过于活跃的化学性质，维生素C无法长期稳定存在于复杂的液体环境中。因此，工业上都是以合成其前体物质2-酮基-L-古龙酸来实现维生素C的大规模生产。周景文告诉记者，目前，2-酮基-L-古龙酸的主要生产方式为三菌两步法，虽然转化率高，但高能耗带来的问题始终是困扰企业的主要难题，如何通过一种细菌一步发酵直接实现2-酮基-L古龙酸的生产一直是困扰维生素C产业的关键问题。于是，团队以氧化葡萄糖酸杆菌为底盘菌株，从山梨醇和葡萄糖两条合成途径同时着手，开发出维生素C单菌一步发酵工艺。
结构向导的山梨酮脱氢酶催化机制解析
“我们通过外源引入山梨酮脱氢酶与山梨糖脱氢酶，构建出可以直接利用山梨醇一步发酵合成2-酮基-L-古龙酸的工程菌株，这种工程菌株在168小时可以产2-酮基-L-古龙酸68.1 g/L。不仅如此，我们还利用结构生物学解析了山梨醇途径中的关键限速酶——山梨酮脱氢酶，解析了山梨酮脱氢酶的催化机制，通过底物通道工程提升了山梨酮脱氢酶的活性。此外，我们还利用拉伸分子动力学和量子力学等手段对实验结果进行了计算机模拟。”周景文解释，这一研究成果可以为一步发酵维生素C提供了优良的酶元件。
为了更快解决维生素C一步合成问题，课题组同时对以葡萄糖为底物单菌一步发酵合成维生素C的途径进行了研究。最后，通过对生产过程的工艺进行优化，5L发酵罐内62小时2-酮基-L-古龙酸产量达到30.6 g/L，葡萄糖转化率达到40%。
维生素C生产方式
以葡萄糖为底物单菌一步发酵合成2-酮基-L-古龙酸
据了解，维生素C每年需求量在15万吨以上，超过其它所有维生素类产品的总和，且还在以每年10%左右的增速持续增长。这一新型工艺的开发实现了维生素C的单菌一步发酵生产，对解决相关企业长久以来面临的严峻问题给予了技术支持，也为维生素C产业的更新换代指明了方向。“我们希望通过相关研究最终实现维生素C的单菌一步生产，让我国的维生素C生产工艺始终在国际保持领先地位。”周景文表示。
本文来源于：交汇点新闻
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