[發(fā)明專利]利用豆粕粉同步酶解發(fā)酵制備(R,R)-2,3-丁二醇的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410080322.1
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN104894170A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 謝能中;黃日波;郭鈴;李檢秀;李億;黃艷燕
• 申請（專利權）人: 廣西科學院
• 主分類號: C12P7/18
• 分類號: C12P7/18;C12R1/01
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 黃永校

技術領域

本發(fā)明涉及生物技術領域，具體是一種利用豆粕粉同步酶解發(fā)酵制備(R,R)-2,3-丁二醇的方法。

背景技術

2,3-丁二醇（2,3-butanediol）作為一種大宗的化學產(chǎn)品具有廣泛的應用價值，尤其在化工、食品、燃料及航空航天等領域（Appl?Microbiol?Biotechnol,2001,55(1):10-18）。同時，通過特定的化學反應，2,3-丁二醇可以衍生出多種重要的化學品如3-羥基丁酮、甲乙酮及1,3-丁二烯。因此，它被視作一種極具潛力的平臺化合物。

2,3-丁二醇分子內(nèi)含有兩個手性碳原子，因此存在三種旋光異構體，分別是(R,R)-2,3-丁二醇、(S,S)-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇。其中(R,R)-2,3-丁二醇不僅具有混旋型2,3-丁二醇的一般功能，還是優(yōu)良的抗凍劑，也是合成手性試劑和手性配體的重要中間體，在手性藥物的合成中也有潛在的重要應用（催化學報,2013,34:351-360）。

目前，(R,R)-2,3-丁二醇的生產(chǎn)主要采用化學合成法，以1-丁醇經(jīng)過多步反應得到2,3-丁二醇的外消旋混合物，最后通過外消旋體的拆分得到(R,R)-2,3-丁二醇（化學進展,2010,22:2450-2461）。化學合成法過程繁瑣，而且手性拆分成本高，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。因此，實現(xiàn)單一立體構型2,3-丁二醇的研究很有必要。

在制備化學品的方法中，微生物制造方法與化學合成法相比，其原料豐富而且可再生、條件溫和、工藝簡單、環(huán)境友好，因此越來越成為國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點。具有良好生產(chǎn)潛力的2,3-丁二醇合成菌株主要集中于克雷伯氏菌屬（Klebsiella）、腸桿菌屬（Enterobacter）、類芽孢桿菌屬（Panebacillus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）及沙雷氏菌屬（Serratia）。大多數(shù)報道的微生物產(chǎn)生的均為混旋型2,3-丁二醇，而類芽孢桿菌屬的多粘類芽孢桿菌（Paenibacillus?polymyxa）則能夠產(chǎn)生光學純度大于98%的(R,R)-2,3-丁二醇（Appl?Environ?Microbiol,2011,77:4230-4233;Bioresource?Technol,2012,124:237-244）。此外，也有利用代謝工程技術構建Bacillus?licheniformis、Escherichia?coli等重組菌株合成(R,R)-2,3-丁二醇的報道，但產(chǎn)量比較低。目前報道的(R,R)-2,3-丁二醇產(chǎn)量最高的是111g/L，但其發(fā)酵培養(yǎng)基中需要加入高濃度價格昂貴的酵母粉（60g/L）。當酵母粉濃度降低至5g/L的時候，(R,R)-2,3-丁二醇產(chǎn)量僅為60g/L（Bioresource?Technol,2012,124:237-244）。

微生物發(fā)酵產(chǎn)生(R,R)-2,3-丁二醇的同時需要富含氨基酸、維生素、無機鹽以及微量元素的氮源來維持菌體正常生長代謝。由于酵母粉、蛋白胨等氮源由于富含多種上述營養(yǎng)成分，有利于菌體的生長和發(fā)酵。目前對微生物法制備(R,R)-2,3-丁二醇的文獻報道大多使用這些高價的有機氮源（Bioresource?Technol,2012,124:237-244;J?Biosci?Bioeng,2000,90:661-664;Appl?Microbiol?Biotechnol,2013,97:585-597），從而限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。微生物發(fā)酵的培養(yǎng)基成分對生產(chǎn)成本影響很大，例如乳酸發(fā)酵中酵母粉等氮源的成本占總發(fā)酵成本的30%左右（Enzyme?Microb?Technol,2000,26:209-215）。因此尋找一種既廉價又有效的氮源來替代高價氮源是推進發(fā)酵產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)(R,R)-2,3-丁二醇的必經(jīng)之路。

此外，通過檢索發(fā)現(xiàn)與(R,R)-2,3-丁二醇制備相關的專利公開文獻如下：

1、產(chǎn)(R,R)-2,3-丁二醇的基因工程菌及其構建方法和應用（申請?zhí)枺?01210505523.2），公開了一株高產(chǎn)高純度的(R,R)-2,3-丁二醇的基因工程菌及其構建方法和應用。該發(fā)明所述的發(fā)酵培養(yǎng)基使用高價的蛋白胨和酵母膏為氮源，未使用豆粕粉為氮源。

2、一種多粘類芽孢桿菌及利用其制備光學純R,R型2,3-丁二醇的方法（申請?zhí)枺?00910026807.1），公開了一種多粘類芽孢桿菌及制備的方法。該發(fā)明的發(fā)酵培養(yǎng)基所使用的有機氮源為牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、玉米漿、豆餅粉、棉籽餅粉。其中使用豆餅粉為有機氮源時(R,R)-2,3-丁二醇產(chǎn)量僅為18.2g/L。該發(fā)明未使用豆粕粉為氮源。