[发明专利]利用克雷伯氏肺炎杆菌生产R-乙偶姻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产R-乙偶姻的方法，特别是涉及一种利用克雷伯氏肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae）生产R-乙偶姻的方法。

背景技术

乙偶姻化学名称3-羟基-2-丁酮，在自然界中天然存在于玉米、苹果、香蕉和葡萄等水果中，也存在于干酪、肉类等食品中。乙偶姻具有特殊的香味，作为食用香料是安全的食品添加剂。乙偶姻用于奶油、干酪、咖啡等香味增强剂，以及配制奶油、酸奶的香精【韩丽，赵祥颖，刘建军.乙偶姻的性质、生产及应用.山东轻工业学院学报，2007，21（4），80-83】。

目前，乙偶姻的合成方法主要有两大类，化学合成法和生物合成法。化学合成法中使用的原料包括2,3-丁二酮（双乙酰）、2,3-丁二醇和乙醛等。利用2,3-丁二酮为原料，通过还原反应可以获得乙偶姻，还原剂可以采用锌等金属、NaHSe和氢气等。利用2,3-丁二醇为原料通过氧化反应获得乙偶姻，可以采用电化学氧化以及歧化反应等制备【张小舟，曾崇余，任晓乾.乙偶姻合成研究现状及展望.江苏化工，2001,29（2）29-31】。另外，以乙醛为原料在噻唑盐为催化剂条件下可以合成乙偶姻，并具有较高的反应选择性和产品纯度【孙芝.乙醛催化合成乙偶姻方法.中国发明专利申请公开号CN1562934A）。

乙偶姻分子结构中具有一个手性碳，乙偶姻具有两种手性异构体，R构型和S构型。目前，利用化学方法以2,3-丁二酮和乙醛为原料制备的乙偶姻不具有立体选择性，合成的乙偶姻是两种立体异构体的混合物。

生物法生产乙偶姻可以采用2,3-丁二醇为原料，以敲除葡萄糖脱氢酶的氧化葡萄糖酸杆菌静息细胞为催化剂，通过12小时的反应可以获得31.3g/L的乙偶姻【张敏华，韦柳静，祝坤，花强.氧化葡萄糖酸杆菌GDHK的葡萄糖培养基优化及其催化2,3-丁二醇生成乙偶姻的性能研究.高校化学工程学报，2012，26（4），692-697】。以2,3-丁二醇为原料的生物催化氧化合成的乙偶姻的立体构型与原料2,3-丁二醇的立体构型相关。

以双乙酰为原料，通过酶催化反应可以获得乙偶姻。利用来源于氧化葡萄糖杆菌的羰基还原酶，结合来源与枯草芽孢杆菌的葡萄糖脱氢酶，采用双乙酰为底物，通过酶催化可以获得12.2g/L的S-乙偶姻，反应时间75分钟【Gao,C.,Zhang,L.,Xie,Y.,Hu,C.,Zhang,Y.,Li,L.,Wang,Y.,Ma,C.,Xu,P.,2013.Production of(3S)-acetoin from diacetyl by using stereoselective NADPH-dependent carbonyl reductase and glucose dehydrogenase.Bioresource Technology,137,111-115】。在大肠杆菌中表达来源于多粘芽孢杆菌的双乙酰还原酶，利用双乙酰为原料，可以合成S-乙偶姻，其光学纯度达到99.9%。在流加批次发酵中可以获得39.4g/L的S-乙偶姻（Gao,J.,Xu,Y.,Li,F.,Ding,G.,2013.Production of S-cetoin from diacetyl by Escherichia coli transformant cells that express the diacetyl reductase gene of Paenibacillus polymyxa ZJ-9.Letters in applied microbiology,DOI:10.1111/lam.12107）。