[发明专利]一种产3－羟基丁酮的菌株及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及一种产3-羟基丁酮的菌株及其应用。

背景技术

3-羟基丁酮(3-Hydroxybutanone)，又名乙偶姻(Acetoin)、甲基乙酰甲醇(Acetylmethylcarbinol)，天然存在于乳品和某些水果中，是一种应用广泛的食用香料，我国GB2760-86规定其允许食用，美国食品和萃取协会(FEMA)安全号为2008(凌关庭.食品添加剂手册(第二版)[M].北京：化学工业出版社，1997，301-301)。3-羟基丁酮作为香料应用范围极其广泛，用量也较大，所以倍受调香师的青睐，其最主要的应用是用于奶油、乳品、酸奶和草莓型等香料的生产(胡明一，王中.精细与专用化学品，2002，10(1)：20-21)。此外，3-羟基丁酮还可以作为一种平台化合物，广泛应用于日化食品、制药、化工、涂料和IT等行业。2004年，美国能源部将其列为30种优先开发利用的平台化合物之一(Werpy T，Petersen G.Top value added chemicals from biomass：VolumeI-Results of screening for potential candidates from sugars and synthesis gas[EB/OL].http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/35523.pdf，2004-08-06)，近年来，随着人们对3-羟基丁酮需求的不断增长，有关3-羟基丁酮的生产方法及应用研究已引起人们的广泛关注(纪晓俊，黄和，杜军，等.现代化工，2008，28(4)：18-22)。

目前，3-羟基丁酮的合成方法主要有3种：化学法、酶转化法、微生物发酵法。

化学法生产3-羟基丁酮主要有三种工艺：(1)丁二酮部分加氢还原工艺(张小舟，曾崇余，任晓乾.江苏化工，2001，29(2)：29-31)；(2)2，3-丁二醇选择性氧化工艺(张小舟，曾崇余，任晓乾.江苏化工，2001，29(2)：29-31)；(3)丁酮氯化水解工艺(胡明一，王中.精细与专用化学品，2002，10(1)：20-21)。这三种工艺普遍存在着产品收率和得率较低，且环境污染较严重等缺点，而且产品质量很难达到目前3-羟基丁酮的最大消费领域——食用香料的要求；更为严重的是这三种工艺的原料来源受限，导致了利用化学法生产3-羟基丁酮难以大规模发展。工艺(1)和(3)中所使用的原料丁二酮和丁酮目前均来自于不可再生的化石资源——石油，随着石油资源的日益短缺以及石油价格的日益攀升，这两条工艺路线的成本将越来越高，势必会进一步增加3-羟基丁酮的生产成本；工艺(2)中的原料2，3-丁二醇可以通过化学法生产，也可以通过微生物发酵法生产(纪晓俊，朱建国，高振，等.现代化工，2006，26(8)：23-27)，通过化学法生产2，3-丁二醇同样也面临着石油资源短缺与环境污染等带来的压力；而通过微生物发酵法生产的2，3-丁二醇本身也是香料，而非大宗化工产品，因此该工艺路线的原料成本很高，加上现有工艺水平下，2，3-丁二醇选择性氧化得到3-羟基丁酮的转化率较低，因此使用该工艺路线生产3-羟基丁酮同样不符合当前可持续发展的潮流。

酶转化法生产3-羟基丁酮和化学合成相似，是以丁二酮或2，3-丁二醇为原料，经微生物体内的酶部分还原或氧化生成3-羟基丁酮(Hummel W，Kula M R，Boermann F.US5164314，1992-11-17；De Faveri D，Torre P，Molinari F，etal.Enzyme and MicrobialTechnology，2003，33(5)：708-719)，区别在于酶法产物得率较高，没有其它副产物，并且产物具有旋光度，但要获得大量特异性的酶比较困难，而且其底物来源受到了限制。因此，从本质上讲，酶转化法未能从根本上改变3-羟基丁酮生产过程中所面临的资源与环境的双重压力，因此该路线尚不具备大规模工业化生产的潜力。

以上介绍的无论化学合成法生产还是酶转化法都是以丁二酮或2，3-丁二醇等为原料，丁二酮和2，3-丁二醇也是合成香料，而非大宗化工产品，因此原料来源及价格都受到限制，这可能也是目前3-羟基丁酮没有得到较好研究开发的原因之一，因此积极开发以糖质为原料利用微生物发酵生产3-羟基丁酮有望改变这一局面。