丙酮酸简介

丙酮酸是一种-酮酸，闪点为82，在生化代谢途径中起重要作用。丙酮酸的羧酸根阴离子称为丙酮酸（pyruvate，繁体中文常简称为丙酮酸）。

丙酮酸是所有生物细胞糖代谢和体内各种物质相互转化的重要中间体。由于分子中含有活化的酮基和羧基，作为基础化工原料被广泛应用于化学、医药、食品、农业和环保等化学合成和生物技术等各个领域，可用多种方法制备。

化学性质

在空气中变暗。加热时聚合缓慢，反应活性高。易与含氮化合物、醛、卤化物、磷化物等发生反应，参与生物体的糖代谢，胶质、氨基酸、蛋白质等的生化合成与代谢，以及酒精的发酵。运动时，它会在肌肉中还原为乳酸，并在休息时重新氧化并部分转化为糖原。大鼠经口LD502100mg/kg。丙酮酸是人体的组成部分。它主要参与人体内糖和脂肪的代谢，也是碳水化合物代谢的中间产物之一。

作用

丙酮酸在糖酵解和其他过程中起着重要作用：

它可以在细胞质葡萄糖的糖酵解过程中由磷酸烯醇丙酮酸产生。在此过程中，每mol 葡萄糖为细胞提供2 mol 丙酮酸、2 mol ATP 和2 mol NADH+H+。

丙酮酸可以继续进入克氏循环继续氧化分解。 1摩尔葡萄糖得到2摩尔丙酮酸，在线粒体中可分解为6摩尔CO2、8摩尔NADH+H+、2摩尔FADH2和2摩尔GTP。

在无氧呼吸过程中，丙酮酸可以转化为乳酸或乙醇。

丙酮酸的代谢产物随尿液排出。

分析

定性分析可用苯肼、-或-萘酚或2,4-二硝基苯肼，定量分析可用乳酸脱氢酶。其代谢物主要为苯丙酮酸，随尿排出。

合成方法

酒石酸脱水脱羧法

该法工艺简单易行：将酒石酸和硫酸氢钾的混合物在220下蒸馏，馏出液减压精馏得丙酮酸。该方法的特点是加入导热油后，反应在均匀体系中进行，降低了反应温度，降低了氧化程度，大大提高了可操作性，适合继续反应生产丙酮酸。酸系列产品。其缺点是丙酮酸得率较低，1克丙酮酸需消耗5克硫酸氢钾。仅原材料成本就达到每吨8万元，成本太高，无法被大多数厂家接受。

乳酸氧化法

以乳酸为原料一步氧化脱氢生产丙酮酸。然而，乳酸直接生产丙酮酸非常困难，必须根据不同工艺选择合适的催化剂。可选择的催化剂包括磷酸铁、钼酸碲、银、钒等。与酒石酸氧化脱羧法相比，该法具有能耗低、污染小、收率高等优点，适合工业化生产。缺点是成本也高，每吨约6万元。

酶催化法

以酶或微生物细胞为催化剂，在一定条件下将葡萄糖或三羧酸循环的某些中间代谢产物转化为丙酮酸，称为酶催化。主要过程是先进行小规模微生物培养，收集菌体，直接转化或用载体包埋成固定化酶，再转化为丙酮酸。酶催化设备投资少、能耗低、转化率高，但底物来源窄，成本较高，每吨约5万元，进一步推广受到限制。

基因工程技术

利用基因重组技术构建高表达乙醇酸氧化酶、过氧化氢酶等生产丙酮酸的基因工程菌。这些酶催化乳酸与氧气反应生成丙酮酸。该技术是将乙醇酸氧化酶基因和过氧化氢酶基因与DNA载体重组，形成重组体，然后将其转入宿主细胞，获得以0.713mol/LL-Sodium高表达两种酶的基因工程酵母。每100ml加入5g湿润的转化体的乳酸盐溶液，同时加入一定量的渗透剂。 5个大气压下，70psig氧气压力通入氧气，5搅拌4小时，丙酮酸收率高达97.7%。该技术底物转化率高，但技术难度大。

微生物发酵法

在微生物代谢过程中，利用葡萄糖积累丙酮酸的过程称为微生物发酵。微生物发酵法生产丙酮酸的研究已有50年的历史。然而，丙酮酸高产菌株的培育难度很大。一些微生物虽然可以积累丙酮酸，但其生产还不能满足工业化的要求。这种方法在丙酮酸的生产上取得了真正的突破。 1988年，日本东丽株式会社宫田玲子和米远哲的研究人员培育出丙酮酸产量超过50g/L的球拟拟酵母系列菌株。发酵法生产丙酮酸的工业化成为可能。 1992年，日本开始利用微生物发酵法生产丙酮酸。年产量400吨，每吨成本约20000-30000元。

与化学合成和酶促转化相比，微生物发酵具有原料来源广、能耗低、污染少、成本低等优点。但微生物发酵的缺点是转化率比较低。这是因为丙酮酸是糖酵解途径中的关键中间产物。在细胞内，丙酮酸作为一种重要的中间代谢产物，连接着EMP和TCA的中枢代谢途径，还与多条分支代谢途径相关联，可转化为多种发酵产物而不会在体内蓄积。因此，必须切断或减弱其进一步代谢，使其在细胞内大量蓄积。即加快葡萄糖转化为丙酮酸的速度，减弱向TCA循环的通量，切断或弱化其分支代谢途径，促进分泌，减弱丙酮酸的再利用，最终实现丙酮酸的大量积累。为达到这一目的，有必要研究影响微生物发酵生产丙酮酸的因素。影响微生物发酵生产丙酮酸的因素包括：菌种选择、营养条件、维生素水平、供氧方式、葡萄糖质量浓度等，其中最关键的是菌种选择和营养条件。

用途

丙酮酸盐是GB 2760--1996允许使用的食品香料，是杀菌剂噻菌灵的中间体。用于有机合成和生化研究，是医药和食品添加剂的原料。