一种糠醇的制备方法技术

本发明专利技术属于生物催化及生物制造领域，公开了一种糠醇的制备方法，将固定化季也蒙毕赤酵母(Meyerozyma guilliermondii)SC1103用于催化糠醛还原制备糠醇。本发明专利技术具有选择性高、反应条件温和、环境友好、反应速度快、目的产物时空收率高、催化剂易回收利用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种糠醇的制备方法
本专利技术属于生物催化及生物制造领域，具体涉及一种利用固定化酵母细胞催化糠醛选择性还原制备糠醇的方法。
技术介绍
糠醛是一种重要的生物基平台化合物(GreenChem.2010,12,539)，主要以农业废弃物如粮食作物残渣或木材废物为原料制备得到。当前，糠醛全球年产量约为28万吨(EnergyEnviron.Sci.2016,9,1144)。其中，我国为糠醛主要生产国，全球70％的糠醛是由我国生产的。糠醛分子中含有醛基和芳香杂环，易进一步高值化转化为各种高附加值化学品。糠醇是糠醛分子中醛基选择性还原产物，在医药、高分子、食品等领域具有重要的应用价值。据报道，约65％糠醛被用于生产糠醇。糠醇不仅可以用于合成生产优质芯模的高性能树脂、聚氨酯泡沫及聚酯等高分子材料，而且还是制备生物基燃料、四氢糠醇、抗溃疡药物雷尼替丁及香水等的重要中间体(EnergyEnviron.Sci.2016,9,1144；ACSSustainableChem.Eng.2015,3,1263)。当前，工业上糠醇主要是通过糠醛催化加氢制备得到，既可以在液相体系反应得到，也可以通过气相体系来实现；无论是何种反应体系中，均以铜基催化剂为主，尤其是铜-铬催化剂最为常用(ACSCatal.2016,6,7621)。然而，铜-铬催化剂中的铬具有高毒性，因此产生了严重的环境问题。尽管近年来糠醛化学催化加氢已取得了长足的发展和进步，但仍以金属催化剂为主，并且需要高温高压，故化学法仍存在环境不友好、反应条件苛刻、选择性不佳、催化剂易失活等问题(EnergyEnviron.Sci.2016,9,1144)。近年来，生物催化由于具有反应条件温和、选择性高、环境友好等特点，无论是在学术界还是在工业界都受到了广泛的关注。然而，与化学法相比，生物催化糠醛还原合成糠醇研究仍处于起步阶段，仍存在诸多问题。此外，糠醛对微生物具有强的抑制和毒性作用(Bioresour.Technol.2000,74,25)，因此全细胞催化糠醛还原仍颇具挑战。He等报道了一系列Escherichiacoli基因工程重组菌，用于催化糠醛还原制备糠醇(Bioresour.Technol.2017,238,698；Bioresour.Technol.2017,245,841；Appl.Biochem.Biotechnol.2018,185,42；Bioresour.Technol.2018,262,52)。这些工程菌对糠醛的最高耐受度约为200mM，当反应体系中糠醛浓度超过该值时，糠醇的产率急剧下降。尽管重组菌E.coliCCZU-K14能较高效、高选择性地催化200mM糠醛转化为糠醇，但是该生物转化需要添加过量的辅底物(300mM葡萄糖)及辅酶前提物(400mM木糖)方能顺利进行，这不仅大大限制了该工艺的经济性和实用性，而且加大了后续产物分离纯化的难度(Bioresour.Technol.2017,238,698)。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高活性、高底物耐受性、易重复利用的固定化生物催化剂；并基于该固定化生物催化剂，提供一种简单、高效、且高选择性合成糠醇的方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种糠醇的制备方法，将固定化季也蒙毕赤酵母(Meyerozymaguilliermondii)SC1103用于催化糠醛还原制备糠醇。所述的制备方法，包括如下步骤：将固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞加入含有糠醛和葡萄糖的缓冲液中，进行反应，得到糠醇。优选地，所述固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞浓度为20～60mg(细胞湿重)/mL缓冲液。优选地，所述糠醛浓度为50～250mM。优选地，所述固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞浓度为30～60mg(细胞湿重)/mL缓冲液，所述糠醛浓度为50～200mM。优选地，所述葡萄糖与糠醛的摩尔比为7:15～1:1。优选地，所述缓冲液为乙酸盐缓冲液或Tris-HCl缓冲液，所述缓冲液的pH介于5～9。优选地，所述反应条件为：温度为25～45℃，时间为2～24h，搅拌速度为200r/min。优选地，所述固定化季也蒙毕赤酵母SC1103的制备方法为：将收集的固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞按200～600mg/mL(细胞湿重)的浓度与海藻酸钠溶液混合均匀；然后，用无菌注射器逐滴滴入CaCl2溶液中静置固化，最后用Tris-HCl缓冲液洗涤即可。优选地，所述季也蒙毕赤酵母SC1103经过浓度梯度驯化，所述驯化方法为：将季也蒙毕赤酵母SC1103菌种接入含5mM5-羟甲基糠醛的液体培养基中，于30℃、200r/min下培养12h后，以2％的接种量将该菌悬液接入新鲜的含5mM5-羟甲基糠醛的液体培养基中，30℃、200r/min下培养12h；随后，以2％的接种量将上述菌悬液先后接入含10及15mM5-羟甲基糠醛的液体培养基中，分别进行驯化；驯化后的菌株保藏于马铃薯葡萄糖琼脂斜面；所述液体培养基为酵母浸出粉胨葡萄糖，其组成为1％酵母膏，2％蛋白胨，2％葡萄糖。所述酵母活化方法为：将驯化后的季也蒙毕赤酵母SC1103菌种接入酵母浸出粉胨葡萄糖液体培养基中，于30℃、200r/min下培养12h后，以2％的接种量将该菌悬液接入新鲜酵母浸出粉胨葡萄糖液体培养基中，30℃、200r/min下培养12h，收集菌体细胞。本专利技术与现有的技术相比，具有如下的优点：1)利用固定化细胞作为催化剂，不仅能克服了化学催化剂环境不友好的缺点，而且在反应结束后可以通过简单的过滤回收生物催化剂，既可实现催化剂的重复利用，又易于产物的分离纯化。2)本专利技术的固定化生物催化剂对底物具有高耐受性，能高效、高选择性催化高浓度底物还原合成目标产物，产物时空收率高。3)本专利技术反应过程简单，易控、条件温和，活泼的糠醛在反应过程中不易发生副反应，不仅提高产品品质高、降低了能耗，而且有利于简化后续目标产物的分离纯化工艺。本专利技术所用季也蒙毕赤酵母(Meyerozymaguilliermondii)SC1103，于2016年3月31日，保藏于中国典型培养物保藏中心，简称CCTCC，保藏号：CCTCCNO.M2016144，该菌株已在公开号为CN106520580A的专利中公开，属于现有技术。附图说明图1为糠醛(a)及糠醇(b)的结构图。图2为固定化细胞的形态图。图3为样品分析液相色谱图。具体实施方式通过实施例进一步说明本专利技术，但不局限于实施例。实施例1季也蒙毕赤酵母SC1103驯化与活化：季也蒙毕赤酵母SC1103菌种接入含5mMHMF的酵母浸出粉胨葡萄糖(YPD)液体培养基(1％酵母膏，2％蛋白胨及2％葡萄糖)中，于30℃、200r/min下培养12h后，以2％的接种量将上述菌悬液接入新鲜的含5mMHMF的YPD液体培养基中，30℃、200r/min下培养12h。随后，以2％的接种量将上述菌悬液先后接入含10及15mM5-羟甲基糠醛的酵母浸出粉胨葡萄糖液体培养基中，采用类似的步骤分别进行驯化。将上述驯化后的季也蒙毕赤酵母SC1103菌种接入YPD液体培养基中，于30℃、200r/min下培养12h后，以2％的接种量将上述菌悬液接入新鲜YPD液体培养基中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种糠醇的制备方法，其特征在于，将固定化季也蒙毕赤酵母(Meyerozyma guilliermondii)SC1103用于催化糠醛还原制备糠醇。

【技术特征摘要】
1.一种糠醇的制备方法，其特征在于，将固定化季也蒙毕赤酵母(Meyerozymaguilliermondii)SC1103用于催化糠醛还原制备糠醇。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞加入含有糠醛和葡萄糖的缓冲液中，进行反应，得到糠醇。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞浓度为20～60mg(细胞湿重)/mL缓冲液。4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述糠醛浓度为50～250mM。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固定化季也蒙毕赤酵母SC1103细胞浓度为30～60mg(细胞湿重)/mL缓冲液，所述糠醛浓度为50～200mM。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述葡萄糖与糠醛的摩尔比为7:15～1:1。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述缓冲液为乙酸盐缓冲液或Tris-HCl缓冲液，所述缓冲液的pH介于5～9。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，宗敏华，徐中华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44