[发明专利]利用几丁质生产生物能源物质的方法

说明书

所属技术领域：

本发明属于生物能源领域，涉及一种利用现代生物技术方法实现几丁质这种天然N-乙酰葡萄糖胺多聚物生产生物能源物质的方法。

背景技术：

21世纪全球最大的挑战之一就是如何持续不断地提供经济发展和人民生活需要的能源，能源安全已经被各个国家提高到了战略的高度。由于化石燃料的短缺和污染问题，人们早已把目光集中在了可再生能源的开发上，而生物质能源的开发与利用更是受到极大的重视(Arthur J.Ragauskas et al.，2006)。欧盟委员会计划在2020年采用可再生燃料代替化石燃料使用量的20％，他们的中期目标是2010年达到5.75％；2005年美国能源政策法案要求全美在2012年之前使用75亿加仑的燃料乙醇(约2243万吨/年)(Gray，K.A.et al.，2006)；巴西已经成为世界上第一个在国内不供应纯汽油的国家。2006年，美国总统布什在国情咨文报告中称，美国将在2025年之前使用可再生燃料代替75％的进口化石燃料(Herrera，S.，2006)。生物能源逐渐代替化石燃料已经成为未来趋势，因此开发更多的可再生生物能源物质已成为迫切需要解决的问题。

生物能源物质主要有燃料乙醇、生物柴油、生物制氢、沼气和生物电池，其中燃料乙醇的研究最为成熟。目前，燃料乙醇已经在巴西、美国以及一些欧洲国家广泛采用，在未来的20年，它将成为占统治地位的可再生生物能源。但是，目前用于生产燃料乙醇的原料主要来自于人和动物赖以生存的糖(巴西)和淀粉(美国)(B.Hahn-Ha gerdal et al.，2006)。这些原材料还要为动物和人提供食品，我国现已禁止或限制这一产业的投资。采用纤维素生产燃料乙醇的方法今年取得很大进展，并逐步走向工业化。但问题依然存在，据美国农业部与能源部估计，每年美国生物量的潜在生产能力是10亿吨，如果全部用来生产工业能源，也只能够代替目前使用的30％的化石能源(Kevin A Gray et al.，2006)。而且，采用纤维素生产乙醇同样会占用日益减少的耕地面积。因此，一方面需要进一步加强纤维乙醇的生产开发，同时还要寻找更多的可再生能源前体物质用于代替化石能源。

几丁质是一种天然N-乙酰葡萄糖胺多聚物，是一种潜在的生物能源物质。除陆地生物以外，在海洋生物中有着更为广泛和大量的分布。通过生物技术手段，利用几丁质生产能源物质是完全可能的。

首先，自然界中的许多生物体都存在将几丁质转化为生物能源前体物质6-磷酸果糖的生理机制，由6-磷酸果糖可以进一步通过生物转化生产生物能源物质如乙醇。一些沙雷菌(Hildgund Schrempf et al.，2001)和生活在海洋中的弧菌目微生物(Nemat O.Keyhani etal.，1999)可以直接利用几丁质作为碳源生长，它们体内存在一系列代谢几丁质的酶系，能够将几丁质转化成为6-磷酸果糖。大肠杆菌中也存在能够代谢GluNAc的酶系(Laura I.Alvarez-Anorve，et al.，2005)。生物体中的这一转化过程已经清楚，首先几丁质在解聚蛋白CBP的帮助下解聚(Gustav Vaaje-Kolstad et al.，2005)，之后通过四步酶促反应将几丁质转化为6-磷酸果糖(Meibom，K.L et al.，2004)。

1、几丁质水解酶(Chitinase，β-N-acetylglucosaminidase)催化：

chitin→n N-acetyl-D-glucosamine

几丁质水解酶是一种降解几丁质的糖苷水解酶，包括可以分为几丁质内切酶(endochitinase，EC 3.2.1.14)和几丁质外切酶(β-N-acetylglucosaminidase，EC 3.2.1.52)，它们的主要作用是将几丁质降解为单糖和几丁二糖(chitobiose)(Park et al.，1997)。

2、N-乙酰葡萄糖氨激酶(N-acetylglucosamine kinase，EC 2.7.1.59)催化：

ATP+N-acetyl-D-glucosamine＝ADP+N-acetyl-D-glucosamine 6-phosphate