α-酮戊二酸（α-Ketoglutaric acid，KGA），又称2-氧代戊二酸或α-羰基戊二酸。作为三羧酸循环（TCA）和氨基酸代谢的重要中间产物之一，α-酮戊二酸参与生物体内氨基酸、维生素和有机酸的合成及能量代谢。

迄今为止，α-酮戊二酸已被广泛应用于化工、食品、医药、日化等领域，具有非常广泛的应用前景。本项目针对目前化学法合成α-酮戊二酸存在的成本高、污染重、反应条件复杂等不足以及目前发酵法生产α-酮戊二酸存在的周期长、成本高等问题，以谷氨酸棒杆菌突变株GKG-047为出发菌株采用分子生物学手段获得α-酮戊二酸生产菌株KGA-4，然后进行发酵过程优化，最终获得最佳发酵工艺并实现发酵法生产α-酮戊二酸。

采用KGA-4和优化后的发酵工艺于30L发酵罐进行发酵实验，KGA-4的α-酮戊二酸产量达 55 g/L以上，发酵周期≤32h，发表或投稿SCI或EI论文5篇，申请专利3项，其中授权1项。主要研究内容及成果如下。

1、α-酮戊二酸基因工程菌株的构建及其产量测定

以谷氨酸棒杆菌突变株GKG-047为出发菌株，经亚硝基胍（NTG）诱变筛选能够在以琥珀酸为唯一碳源的培养基上生长速度快、菌落大的菌株，经复筛后获得迅速利用琥珀酸的谷氨酸棒杆菌KGA-1。采用同源重组技术分别敲除KGA-1的谷氨酸脱氢酶编码基因gdh-1，获得菌株KGA-2。以谷氨酸棒杆菌GKG-047基因组为模板，采用同源重组技术继续敲除谷氨酸合酶编码基因glt，获得KGA-3。

经PCR扩增柠檬酸合成酶基因并克隆至pXMJ19质粒将重组质粒电转化至KGA-3，获得KGA-4。将KGA-2、KGA-3和KGA-4进行摇瓶发酵实验， 其α-酮戊二酸产量分别为8.17g/L、9.89g/L以及11.4 g/L。

2、KGA-4摇瓶及30 L发酵罐发酵工艺的优化 对影响利α-酮戊二酸菌株发酵的发酵培养基组成、pH、温度、溶氧等条件进行优化，确定了最佳摇瓶发酵条件：装液量为25mL/500mL圆底三角瓶，最适初始糖浓度为90g/L，发酵温度32℃。在该条件下KGA-4的α-酮戊二酸产量25.6g/L)和糖酸转化率（35.1%）比初始条件下分别提高了41.6%和11.5%。

对影响利α-酮戊二酸菌株发酵的初糖浓度、接种量、pH、温度、溶氧等条件进行优化，获得30L发酵灌最佳发酵工艺：接种量20%，发酵温度32℃，最适初始糖浓度为80g/L，溶氧30%-40%，在此条件下α-酮戊二酸产量达55.9g/L，糖酸转化率达35.2%。

本项目通过定向育种及发酵过程控制与优化等关键技术研究，最终获得高产且遗传性状稳定的生产菌株，实现了α-酮戊二酸的微生物发酵法高效合成并获得最佳发酵工艺条件，具有发酵周期短、产量高、成本低等特点，可为工业化生产提供依据。

发表或投稿SCI或EI论文5篇,申请专利3项,其中授权1项。