【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于酶催化，更具体地，涉及一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮和/或l-乳酸的方法。
技术介绍
1、随着全球气候变化问题的加剧，co2的有效利用成为了全球性挑战。在这种背景下，将空气中的co2转化为有价值的化学品不仅有助于减少温室气体排放，而且为碳资源利用开辟了新途径。然而，当前针对c1资源(如，甲醛、甲醇、甲酸等)的利用技术仍面临一些挑战，尤其是在体内生物合成路径方面，这些技术挑战主要源于一些关键酶的可逆性和非专一性，限制了其在工业规模应用的可能性。
2、作为第二代生物能源和化学品的重要来源，木质纤维素的有效转化和利用至关重要。未经处理的木质纤维素不仅造成资源浪费，还可能导致环境污染。例如，木质纤维素的堆积可能占用大量土地，影响生态平衡，其分解过程还可能释放甲烷等温室气体，进一步加剧全球气候变化。木糖，作为木质纤维素中的一个重要组成部分，约占其干重的20-30％，其转化和利用在生物质能源和生物基化学品制造中扮演着关键角色。
3、体外多酶级联技术作为一种高效的生物催化方法，为生物质资源转化提供了强有力的技术支撑。它通过精确控制反应环境，实现多个酶促反应的有序进行，从而提高了目标产物的合成效率和产率。与传统的发酵过程相比，多酶级联反应减少了副产物的生成，且反应时间短、操作方法简单，降低了能耗，具有非常广泛的应用前景。目前，关于co2或木糖生物质资源转化已取得很好的研究进展，专利(cn 113755543 a)报道了利用co2生产淀粉，以及专利(cn112680484a)报道了利用木糖生产3,4-二
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮和/或l-乳酸的方法，其中通过对方法的整体流程、以及各个步骤涉及的反应参与物进行改进，利用木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮和/或l-乳酸，通过体外多酶级联反应耦合一碳化合物(即，甲醛)，能够得到包括l-乳酸、二羟基丙酮在内的一系列高附加值产品。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮的方法，其特征在于，包括如下步骤：
3、s1：构建多酶级联反应体系并进行催化反应；该反应体系中包括木糖、木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶和2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶；其中，木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶和2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶这些酶是在催化反应之前一起加入的，或者是催化反应之前及催化反应中途按木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶的顺序分批加入的；
4、反应过程中，所述木糖脱氢酶能够将木糖转化为木糖内脂；所述木糖内脂酶能够将所述木糖内脂转化为木糖酸；所述木糖酸脱水酶能够将所述木糖酸转化为2-酮-3-脱氧-木糖酸；所述2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶能够将2-酮-3-脱氧-木糖酸转化为丙酮酸和乙醇醛；
5、s2：在甲醛缩合酶的参与下，向反应体系加入甲醛继续进行催化反应；所述甲醛缩合酶能够将所述乙醇醛和所述甲醛转化为二羟基丙酮，由此得到二羟基丙酮产物；
6、其中，所述甲醛缩合酶是在步骤s1催化反应之前与其他酶一起加入至反应体系中的，或者是在步骤s1分批加入时加入至反应体系中的，或者是在步骤s2加入甲醛时加入至反应体系中的。
7、按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮和l-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
8、s1：构建多酶级联反应体系并进行催化反应；该体系中包括木糖、木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶和乳酸脱氢酶；其中，木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶和乳酸脱氢酶这些酶是在催化反应之前一起加入的，或者是催化反应之前及催化反应中途按木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶、乳酸脱氢酶的顺序分批加入的；
9、反应过程中，所述木糖脱氢酶能够将木糖转化为木糖内脂；所述木糖内脂酶能够将所述木糖内脂转化为木糖酸；所述木糖酸脱水酶能够将所述木糖酸转化为2-酮-3-脱氧-木糖酸；所述2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶能够将2-酮-3-脱氧-木糖酸转化为丙酮酸和乙醇醛；所述乳酸脱氢酶能够将所述丙酮酸转化为l-乳酸；
10、s2：在甲醛缩合酶的参与下，向反应体系加入甲醛继续进行催化反应；所述甲醛缩合酶能够将所述乙醇醛和所述甲醛转化为二羟基丙酮，如此，即可在反应体系中同时得到二羟基丙酮和l-乳酸产物；
11、其中，所述甲醛缩合酶是在步骤s1催化反应之前与其他酶一起加入至反应体系中的，或者是在步骤s1分批加入时加入至反应体系中的，或者是在步骤s2加入甲醛时加入至反应体系中的。
12、按照本专利技术的再一方面，本专利技术提供了一种木糖耦合一碳化合物生产l-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
13、s1：构建多酶级联反应体系并进行催化反应；该体系中包括木糖、木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶和乳酸脱氢酶；其中，木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶和乳酸脱氢酶是在催化反应之前一起加入的，或者是催化反应之前及催化反应中途按木糖脱氢酶、木糖内脂酶、木糖酸脱水酶、2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶、乳酸脱氢酶的顺序分批加入的；
14、反应过程中，所述木糖脱氢酶能够将木糖转化为木糖内脂；所述木糖内脂酶能够将所述木糖内脂转化为木糖酸；所述木糖酸脱水酶能够将所述木糖酸转化为2-酮-3-脱氧-木糖酸；所述2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶能够将2-酮-3-脱氧-木糖酸转化为丙酮酸和乙醇醛；所述乳酸脱氢酶能够将所述丙酮酸转化为l-乳酸；
15、s2：在甲醛缩合酶的参与下，向反应体系加入甲醛继续进行催化反应；所述甲醛缩合酶能够将所述乙醇醛和所述甲醛转化为二羟基丙酮；
16、其中，所述甲醛缩合酶是在步骤s1催化反应之前与其他酶一起加入至反应体系中的，或者是在步骤s1分批加入时加入至反应体系中的，或者是在步骤s2加入甲醛时加入至反应体系中的；
17、s3：向步骤s2得到的所述反应体系中加入无机碱，使所述二羟基丙酮反应生成l-乳酸，如此，即可在反应体系中得到l-乳酸产物；其中，所述无机碱选自naoh、koh、ba(oh)2、ca(oh)2。
18、作为本专利技术的进一步优选，步骤s2中的甲醛，是先通过光、电催化或多酶催化co2转化获得甲醇，再将甲醇利用酶法催化得到的。
19、作为本专利技术的进一步优选，反应体系中，木糖的浓度为1-1000mm，木糖脱氢酶的浓度为0.01-100μm，木糖内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮和L-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.一种木糖耦合一碳化合物生产L-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.如权利要求1－3任意一项所述方法，其特征在于，步骤S2中的甲醛，是先通过光、电催化或多酶催化CO2转化获得甲醇，再将甲醇利用酶法催化得到的。
5.如权利要求1－3任意一项所述方法，其特征在于，反应体系中，木糖的浓度为1-1000mM，木糖脱氢酶的浓度为0.01-100μM，木糖内脂酶的浓度为0.01-100μM，木糖酸脱水酶的浓度为0.01-100μM，2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶的浓度为0.01-100μM，甲醛缩合酶的浓度为0.1-100mg/mL；甲醛的加入量对应于甲醛在所述反应体系中的浓度为1-1000mM；
6.如权利要求1－3任意一项所述方法，其特征在于，步骤S1构建的反应体系中，还包括辅酶为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)、焦磷酸硫胺素(TPP)、镁盐和缓冲液；
...【技术特征摘要】
1.一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.一种木糖耦合一碳化合物生产二羟基丙酮和l-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.一种木糖耦合一碳化合物生产l-乳酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.如权利要求1－3任意一项所述方法，其特征在于，步骤s2中的甲醛，是先通过光、电催化或多酶催化co2转化获得甲醇，再将甲醇利用酶法催化得到的。
5.如权利要求1－3任意一项所述方法，其特征在于，反应体系中，木糖的浓度为1-1000mm，木糖脱氢酶的浓度为0.01-100μm，木糖内脂酶的浓度为0.01-100μm，木糖酸脱水酶的浓度为0.01-100μm，2-酮-3-脱氧-木糖酸醛缩酶的浓度为0.01-100μm，甲醛缩合酶的浓度为0.1-100mg/ml；甲醛的加入量对应于甲醛在所述反应体系中的浓度为1-1000mm；
6.如权利要求1－3任意一项所述方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：余龙江，吴亚，陆根，桂一凡，舒潼，曾瑞琦，杜怡凯，李泽阳，徐鑫，胡耀峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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