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代谢工程改造酿酒酵母生产L-乳酸
引言
乳酸是一种很常见的有机酸，广泛应用于食品、医药、化妆品等领域，也是一种重要的工业原料。传统制备乳酸的方法一般是使用革兰氏阳性菌，如乳酸菌、乳杆菌等经过发酵作用制备得到。但是这种方法设备复杂、操作难度大、投资高、不利于工业化大规模生产，且生产效率低，乳酸产品质量不稳定。在这样的背景下，利用代谢工程技术改造酿酒酵母制造L-乳酸的方法成为了研究的热点，因为酿酒酵母具有易培养，生产条件容易掌控，生物体积小，生产效率高等优点。本文主要介绍酿酒酵母生产L-乳酸的代谢工程改造方法及其优缺点。
一、L-乳酸的合成代谢途径
乳酸可以通过多种途径进行合成，其中两条代谢途径如下：
1、通过乳酸脱氢酶（LDH）途径进行合成：乳酸是由在细胞质内向细胞外或向胞内肌内转移NADH和H+的同时，将其还原成L-乳酸所形成的。从而达到了细胞内NAD+/NADH比例的平衡。
2、通过糖酵解途径进行合成：糖酵解是一种经典的能量代谢途径，能将葡萄糖分解为乳酸和少量能量产物。糖酵解主要经过十个酶催化，包括葡萄糖激酶、果糖激酶、果糖-1,6-二磷酸酶、磷酸丙酮酸激酶、磷酸丙酮酸酸化酶、3-磷酸甘油酸变换酶、丙酮酸激酶、丙酮酸酸化酶、乳酸脱氢酶和磷酸化葡萄糖异构酶。
二、酿酒酵母生产L-乳酸的代谢工程改造方法
当前对于L-乳酸的生产，采用微生物发酵技术已经取得了一定的进展。利用重组DNA技术和生物反应器技术，化学工程师改造了酿酒酵母代谢途径，使其能够更高效地产生L-乳酸。主要采用以下两种方案:
1、酿酒酵母生产L-乳酸的第一种方法是利用异化反应途径并通过代谢途径调节酿酒酵母能有效地处理L-乳酸生成。具体的方法是，L-乳酸异化催化酶的基因LdhL和DjjLdhA的表达被分别导入到酿酒酵母中，这样酿酒酵母就能按照所需方式转化成L-乳酸，且乳酸生成率达到了较高的水平。
2、酿酒酵母生产L-乳酸的第二种方法是利用乙酸异化反应的途径，通过向酿酒酵母中添加反应所需的细胞质和细胞膜蛋白来实现。方法是在酿酒酵母中加入乙酸异化催化酶的基因，并在L-乳酸生产之前首先使酵母催化产生乙酸。通过向细胞中加入反应的成分，可以使乙酸与L-乳酸反应生成乳酸乙酯后再水解成L-乳酸，从而实现L-乳酸的生产。
三、酿酒酵母生产L-乳酸的优缺点
应用酿酒酵母生产L-乳酸的方法相比起传统的乳酸菌发酵，具有以下几个优点：
1、生长适应性强：酿酒酵母生长快、抵抗能力强，适应范围广，可以在不同的温度，pH，气压等条件下生长繁殖，适用性广。
2、生产效率高：采用酿酒酵母生产L-乳酸的方法，可以高效产生L-乳酸，生产周期短、生物种类少、操作简便，省去了分离和提取乳酸的工序。
3、不受生产的季节影响，可以实现全年生产，具有较高的市场活力。
但是，酿酒酵母生产L-乳酸也存在一定的缺点：
1、合成L-乳酸的代谢途径和机制复杂，不易达到高效生产。
2、代谢改造需要大量的时间和资金，同时也需要合适的发酵工艺支持，不利于快速推广和开发。
3、对于酿酒酵母生产L-乳酸的工艺研发还相对薄弱，缺乏实践经验的支持。
结论
目前，酿酒酵母生产L-乳酸代谢改造技术已经有了一定的成熟，可以应用于乳酸生产领域，但是仍需进一步研究、修改和完善，以期提高生产效率并降低生产成本。由于代谢工程改造法的快速发展，这种方法显然会在未来取得更多的突破，为生产L-乳酸的研究和开发提供更多的技术支持。