[發明專利]一種利用全細胞催化制備木糖醇的方法

有效

• 申請號: 201810972257.1
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN108949852B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 應漢杰;柳東;常子月
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12P19/02
• 分類號: C12P19/02;C12N1/21;C12R1/19
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本發明公開了一種利用全細胞催化制備木糖醇的方法，包括以下步驟：(1)含木糖還原酶基因XR和葡萄糖脫氫酶基因GDH的重組大腸桿菌在LB培養基中培養至OD為0.6?0.8時，添加IPTG誘導木糖還原酶和葡萄糖脫氫酶的表達，離心得到全細胞；(2)含木糖和葡萄糖的水溶液、步驟(1)得到的全細胞和CaCO₃形成生物催化體系，催化木糖發生還原反應生成木糖醇。本發明的方法可有效應用于秸稈的綜合利用，將該反應體系應用于處理秸稈水解液，可在20h內將水解液的底物完全消耗。本方法省去了細胞中酶的提取和外源輔因子的添加，能夠大大簡化生物催化法生產木糖醇的工藝和成本。

技術領域

本發明涉及木糖醇的制備方法，具體涉及一種利用全細胞催化制備木糖醇的方法。

背景技術

木糖醇在化工、食品、醫藥等工業中應用廣泛。例如，在藥學領域，作為藥劑的輔料的木糖醇類表面活性劑；在醫學領域，作為優質的輸液載體，并能與抗菌藥、心腦血管用藥、消化系統用藥、抗腫瘤藥等一起制成輸液，還可用于腸道外營養用藥、糖尿病的治療、肝病治療等。木糖醇是一種在水果及蔬菜中廣泛存在的五碳糖醇，但含量極低，直接從其中提取不經濟。2012年，木糖醇的市場規模達5.4億美元左右，按2.4萬元/噸計算，市場需求15萬噸。我國年產量不足3萬噸，對于木糖醇仍有很高的需求量。

化學催化加氫法是目前工業生產木糖醇的主要方法，但工藝要求以純木糖為底物并且需要高溫高壓、昂貴的催化劑。目前，生物法具體包括微生物發酵和生物催化法。微生物發酵法主要是利用生長過程中的細菌、真菌等微生物細胞的代謝活動生產木糖醇，發酵最常用到的菌株是釀酒酵母和假絲酵母菌株(圖1)。微生物發酵的好處是無需以純木糖為底物，細胞作為生物催化劑其培養成本較低且反應條件溫和。但是，發酵過程存在細胞優先攝取葡萄糖而非木糖的問題，同時由于細胞代謝途徑的復雜性及細胞維持自身生命活動的需求，大量的底物會被用于產生雜醇和其他不可收益的代謝產物。此外，發酵過程往往還存在細胞代謝產生的輔因子NADH與木糖醇合成所需輔因NADPH不匹配的問題，因此發酵法導致木糖醇對總糖的得率較低。針對這些方面的不足，生物催化法體現出較為明顯的優勢。通常，生物催化法利用木糖還原酶(XR)以NADPH為輔因子還原木糖生成木糖醇，反應簡單、高效，木糖對木糖醇的得率能夠達到100％。生物催化需要利用葡萄糖脫氫酶(GDH)以葡萄糖為輔助底物構建偶聯反應實現NADPH的再生。因此，生物催化能夠同時利用葡萄糖和木糖聯產木糖醇和葡萄糖酸，亦適合木質纖維素水解液等同時含有木糖和葡萄糖的廉價生物質的高值化轉化，該方法可以使底物糖直接并最大限度轉化為產物而不會被代謝消耗。然而，目前生物催化法均利用純化的木糖還原酶和葡萄糖脫氫酶，通過外源添加輔因子NAD(P)H的方式來制備木糖醇(Nidetzky B,Neuhauser W,Haltrich D,et al.Continuous enzymaticproduction of xylitol with simultaneous coenzyme regeneration in a chargedmembrane reactor[J].Biotechnology and bioengineering,1996,52(3):387-396；deFreitas Branco R,dos Santos J C,da Silva S S.A novel use for sugarcanebagasse hemicellulosic fraction:xylitol enzymatic production[J].Biomass andbioenergy,2011,35(7):3241-3246)。酶的制備或純化以及昂貴的輔因子將會顯著增加生產成本。為此，本研究發明了全細胞催化制備木糖醇的方法，省去了細胞中酶的提取和外源輔因子的添加，能夠大大簡化了生物催化法生產木糖醇的工藝和成本。

發明內容

發明目的：為了簡化生物法制備木糖醇的工藝、降低生產成本，本發明提供了一種利用全細胞催化制備木糖醇的方法。

技術方案：本發明所述一種利用全細胞催化制備木糖醇的方法，包括以下步驟：

(1)構建重組大腸桿菌，其細胞內同時表達木糖還原酶和葡萄糖脫氫酶；