[发明专利]一种生物催化合成β-丙氨酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物催化合成β-丙氨酸的方法，属酶工程领域。

背景技术

β-丙氨酸（英文名beta-Alanine）又名β-氨基丙酸，它是一种非蛋白质氨基酸，是自然界中唯一的β型氨基酸，1972年由Ross和Monroe在尿嘧啶的降解产物中发现。β-丙氨酸是一种重要的生化原料，在医药、饲料和食品领域有着广泛的应用领域和市场前景。目前，β-丙氨酸的主要应用于合成泛酸和泛酸钙，泛酸又被称作维生素B₅，是多种代谢所必需的辅酶A的组成部分。

根据目前文献报道β-丙氨酸的合成方法主要有以下几种：

1、化学合成法

（1）丙烯酸法（US 2376334 A，1945.05.22；US 3105092 A，1963.09.24；US 3846489 A，1974.11.05）：丙烯酸、丙烯酸酯或丙烯酸盐与氨水，在较高的温度和压力下发生氨化反应，得到β-丙氨酸。丙烯酸法副产物多，需要高温高压，丙烯酸本身的腐蚀性很强，所以反应对设备的要求较高。

(2)丙烯腈法（US 2335997 A，1943.12.07；US 2377401 A，1947.06.14）：丙烯腈与氨在高温高压下反应生成β-氨基丙腈，然后在酸性或碱性条件下水解反应生成β-丙氨酸。丙烯腈法使用剧毒的丙烯腈，对安全防护要求较高，反应需要高温高压，对设备要求也较高，反应收率低，由于水解过程中生成大量无机盐，产品提纯较为困难，产品纯度不高。

（3）β-氨基丙腈法（US 2336067 A，1943.12.07；J.Am.Chem.Soc.1945,67,876～877）: β-氨基丙腈在酸性或碱性条件下水解生成β-丙氨酸。β-氨基丙腈法的特点是反应产率高，缺点是β-氨基丙腈的价格较高，造成生产成本过高，另外中和过程中会产生大量的盐，造成提取困难。

2、生物合成法

（1）丙烯酸加氨酶法（CN 1285730 C，2006.11.22）:先培养微生物产生氨基化酶，然后将氨基化酶加入烯酸和氨的水溶液的反应液中，在酶的作用下合成β-丙氨酸，经脱氨、纯化后得β-丙氨酸产品。该方法反应效率高，成本低，但原料丙烯酸为强腐蚀性和刺激性液体，对人员安全和设备的要求较高，目前未见有产业化应用的报道。

(2)L-天冬氨酸-α-脱羧酶法(CN 1242054 A，2006.01.19）:以DL-天冬氨酸为原料，在L-天冬氨酸-α-脱羧酶法的作用下生成D-天冬氨酸和β-丙氨酸，然后调节pH值使D-天冬氨酸结晶析出，从而获得β-丙氨酸。该方法β-丙氨酸含有少量的D-天冬氨酸，产品的纯度不高； L-天冬氨酸-α-脱羧酶活力低，酶促反应的效率低，原料DL-天冬氨酸价格较高，造成β-丙氨酸成本较高。

（3）腈水解酶法（JP 特开平10-42886 A，2006.02.17）:利用产有机腈水解酶的微生物催化β-氨基丙腈合成β-丙氨酸。该法底物β-氨基丙腈价格高，且反应浓度低，生产成本相对较高，经济效益差。

发明内容

本发明提供了一种安全、环保、高效、成本低、产品品质高的生物催化合成β-丙氨酸的方法，彻底杜绝了传统生产工艺中剧毒、强腐蚀性、强酸强碱和高价原料的使用。

本发明达到发明目的所采用的技术方案是：

本发明所采用的微生物为大肠杆菌属菌株，在培养基上纯培养，获得两种酶：天冬氨酸酶和L-天冬氨酸-α-脱羧酶，富马酸溶解于氨水中配制成反应的底物—富马酸铵溶液，将含酶的大肠杆菌细胞加入底物中进行酶促反应，从而生成β-丙氨酸。

本发明所用的种子培养基为：富马酸1～10g/L，玉米浆干粉10～20g/L，多肽朊5～15g/L，味精5～10g/L，MgSO₄·7H₂O 0.2～0.5g/L，K₂HPO₄ 0.15～0.25g/L，NaCl 0.1～0.5g/L，用氨水调pH6.8～7.5；发酵培养基为：富马酸5～15g/L，玉米浆干粉10～20g/L，多肽朊5～15g/L，L-天冬氨酸5～15g/L，甜菜碱盐酸盐0.1～0.5g/L，MgSO₄·7H₂O 0.2～0.5g/L，K₂HPO₄ 0.15～0.25g/L，NaCl 0.1～0.5g/L，用氨水调pH6.8～7.5。