[发明专利]一种基于脂肪酶与P450脂肪酸脱羧酶偶联催化的脂肪烯烃催化合成的方法

说明书

本发明属于生物工程与能源技术领域中脂肪烯烃的生物制备方法，具体说是一种基于脂肪酶与P450脂肪酸脱羧酶偶联催化的脂肪烯烃催化合成的方法。以甘油酯作为原料，通过脂肪酶水解和P450脱羧的偶联催化，即脂肪酶水解甘油酯生成游离脂肪酸，生成的脂肪酸再经过P450脱羧产生脂肪烯烃。本发明的脂肪酶与P450脂肪酸脱羧酶介导的体外偶联生物催化过程，仅需两步酶促催化步骤，反应条件与酶比例容易调控，底物转化率高，能耗低，无污染，是一种过程可控、成本低廉的脂肪烯烃新兴绿色催化系统，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物工程与能源技术领域中脂肪烯烃的生物制备方法，具体说是一种基于脂肪酶与P450脂肪酸脱羧酶偶联催化的脂肪烯烃催化合成的方法。

背景技术

随着石油等传统化石能源的不断消耗，能源安全战略及环境保护等问题的日益突出，世界各国都在积极尝试以可再生生物资源为原料生产生物燃料和化学品。以短链醇、脂肪酸甲酯(乙酯)、脂肪烃(包括烯烃和烷烃)等为代表的传统和新型先进生物液体燃料，正吸引着越来越多的关注。在生物燃料方面，燃料乙醇和以脂肪酸甲酯(乙酯)为代表的第一代生物柴油的开发相对成熟，但均存在各自的不足。燃料乙醇作为汽油的替代品，存在水溶性高，挥发性强，能量密度低等缺点。与短链醇燃料(如乙醇)和第一代生物柴油脂肪酸甲酯(乙酯)相比，作为先进生物燃料(Advanced biofuels)的脂肪烃结构和性质更接近于石化柴油，具有能量密度高，吸湿性低，燃烧效率高等优越特性，可以作为汽油、柴油及航空燃料的替代品或添加剂。因此，脂肪烃催化合成途径研究成为先进生物燃料研究领域一大热点。

目前脂肪烃的制备主要依赖于高温(250-450℃)高压(20-70bar)条件下铂钯等贵金属催化剂介导的氢化化学工艺。与传统的化工工艺相比，生物催化与合成具有高效，能耗低，环保等优点。截至目前，已陆续报导一些脂肪烃生物合成途径：

(1)2010年，美国LS9生物能源公司的Schirmer等鉴定了蓝细菌Synechococcuselongates PCC 7942的脂酰-ACP还原酶和脂肪醛脱羰基酶将脂酰-ACP转化为脂肪烷烃或脂肪烯烃的生物合成途径。

(2)2010年，Bel ler等鉴定了细菌Micrococcus luteus ATCC 4698中基于OleA酶催化脱羧缩合反应的长链烯烃生物合成途径，能将脂酰-CoA通过脱羧缩合，酮基加氢还原，羟基脱水等一系列生化反应生成含有内部双键的脂肪烯烃。

(3)2011年，Pfleger等鉴定了基于蓝细菌Synechococcus sp.PCC 7002Ols聚酮合成酶产生带末端双键的脂肪烯烃生物合成途径。长链脂肪酸酰基载体蛋白ACP1通过酮基合成酶、酰基转移酶、酮基还原酶、磺基转移酶及硫酯酶催化的一系列生化反应生成具有末端双键的脂肪烯烃。

(4)2011年，LS9公司Rude等报导了基于细菌Jeotagalicoccus sp.ATCC 8456中细胞色素P450脱羧酶(OleT_JE)催化脂肪酸脱羧生成烯烃的反应。该P450(OleT_JE)在辅因子过氧化氢(H₂O₂)存在的条件下将脂肪酸通过脱羧反应生成具有末端双键的脂肪烯烃。

(5)2013年，Akhtar等构建了由硫酯酶、羧酸还原酶及脂肪醛脱羰基酶组成的脂肪烃生物合成途径，将脂酰-ACP转化为脂肪烃。