[發明專利]多羥基二酮以及羥基呋喃酮類化合物的生物合成方法

在審

• 申請號: 202010881258.2
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112852890A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 楊建剛;曾艷;孫媛霞;任晨曦
• 申請（專利權）人: 中國科學院天津工業生物技術研究所
• 主分類號: C12P7/26
• 分類號: C12P7/26;C07D307/32
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 陳玉平

本發明提供了一種進行羥醛縮合反應的方法，其包括使用果糖?6?磷酸醛縮酶或轉醛醇酶酶催化劑或者含有所述酶的全細胞催化劑催化底物α?羥基酮與丙酮醛進行羥醛縮合反應的步驟；其中所述底物α?羥基酮可以為羥基乙醛、二羥丙酮、羥基丙酮或1?羥基?2?丁酮。本發明還提供一種羥基呋喃酮類化合物的制備方法，使所述羥醛縮合反應的產物在堿性磷酸氫二鈉環境中環化生成羥基呋喃酮類化合物。本發明的方法反應溫和、環境友好，避免使用有機和金屬催化劑；基于酶催化的羥醛縮合反應合成多羥基呋喃酮前體，轉化率高；反應步驟少，避免多步分離純化工藝。本發明還提供果糖?6?磷酸醛縮酶或轉醛醇酶用于催化羥醛縮合反應的用途。

技術領域

本發明屬于生物合成技術領域，具體涉及用果糖-6-磷酸醛縮酶催化合成羥基呋喃酮類化合物的方法。

背景技術

羥基呋喃酮類香料屬于最有價值、用途最廣泛、產量最大的高檔香料，有香料之王的美譽。其中最有代表性的兩個化合物分別是：(1)呋喃酮，2,5-二甲基-4-羥基-3-呋喃酮，自然界主要存在于菠蘿的香味成份中，俗稱菠蘿酮；甜焦糖香，具有果味；和(2)醬油酮，2-甲基-5-乙基-4-羥基-3-呋喃酮，自然界主要存在于醬油中，具有高強度的甜焦糖香，能提高醬油的鮮味和焦糖型風味。上述兩種羥基呋喃酮作為增香劑，廣泛用于食品、煙草、飲料等領域。

羥基呋喃酮類香料在自然界中含量較低，天然產品價格昂貴，目前主要為化學合成法所生產。國內呋喃酮生產商大連金菊香料有限公司開發了以3,4-己二酮為原料，經溴水取代、水解和環化合成呋喃酮的方法，總收率為46％(CN200910188283.6)；國外呋喃酮生產商芬美意開發了以丙酮醛為原料，經縮合和環化制備呋喃酮的方法，該反應路線短，比較具有競爭力(US5009753)；此外，研究人員還開發了以乳酸、丙酮酸酯和3,4-二乙?；?2,5-己二酮為原料制備呋喃酮的方法(CN201610964204.6，CN201910195433.X)。上述化學法制備呋喃酮，存在反應步驟長、收率低、環境污染嚴重、成本高等缺點。生物發酵技術合成香料化合物，產品香韻好，可節約資源，有助于可持續發展，是未來發展的趨勢。研究人員篩選得到了魯氏接合酵母、路德類酵母以及季也蒙畢赤氏酵母，可以采用發酵法制備呋喃酮和醬油酮，然而培養基中需要添加昂貴的果糖1,6-二磷酸和鼠李糖為原料，而且產量較低，不高于800mg/L，生產成本很高，不適合規?；a。

因此，迫切需要開發生產效率高、環境優化、成本低廉的羥基呋喃酮類化合物的合成方法。

發明內容

果糖-6-磷酸醛縮酶(fructose-6phosphate aldolase,FSA)，通常是指可以可逆地催化二羥基丙酮(DHA)和甘油醛-3-磷酸(G3P)結合形成果糖-6-磷酸(Schurmann andSprenger,J.Biol.Chem.,2001,276(14),11055-11061)的酶；轉醛醇酶(Transaldolase,)，通常是指可以可逆地催化景天庚酮糖-7-磷酸和甘油酸3-磷酸合成赤蘚酮糖4-磷酸和果糖-6-磷酸的酶。本發明人發現果糖-6-磷酸醛縮酶和轉醛醇酶還可以催化羥基酮和丙酮醛之間的羥醛縮合反應，產生羥基二酮類化合物，這些羥基二酮類化合物可以進一步用于生產呋喃酮類化合物。具體地，本發明人發現果糖-6-磷酸醛縮酶或轉醛醇酶可以催化羥基乙醛和丙酮醛之間的羥醛縮合反應，生成2,3-二羥基-4-酮基-戊醛；可催化二羥丙酮和丙酮醛之間的羥醛縮合反應，生成1,3,4-三羥基-2,5-己二酮；可催化羥基丙酮與丙酮醛之間的羥醛縮合反應，生成3,4-二羥基-2,5-己二酮；可催化1-羥基-2-丁酮和丙酮醛之間的羥醛縮合反應，生成3,4-二羥基-2,5-庚二酮。3,4-二羥基-2,5-己二酮在堿性磷酸氫二鈉環境中可以環化生成呋喃酮，即2,5-二甲基-4-羥基-3-呋喃酮(俗稱菠蘿酮)；3,4-二羥基-2,5-庚二酮在堿性磷酸氫二鈉環境中可以環化生成醬油酮，即2-甲基-5-乙基-4-羥基-3-呋喃酮。

本發明的目的之一是提供果糖-6-磷酸醛縮酶或轉醛醇酶酶催化劑或者含有果糖-6-磷酸醛縮酶或轉醛醇酶的細胞的全細胞催化劑用于催化羥醛縮合反應的用途。