[发明专利](R)-3-羟基丁酸的生产方法

说明书

本发明公开了一种通过微生物一步发酵生产(R)‑3‑羟基丁酸的方法，其采用无致病性的微生物，通过发酵直接将碳源和氮源转化为(R)‑3‑羟基丁酸，所生产的(R)‑3‑羟基丁酸可以进一步制成盐比如钠盐、钾盐、镁盐、钙盐等，用作药物活性成分或营养补充剂，具有广阔的工业应用前景。上述方法中使用的微生物包括通过基因工程构建的一种谷氨酸棒杆菌，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.13957。

技术领域

本发明属于生物工程领域，具体地说，涉及一种通过微生物发酵生产(R)-3-羟基丁酸及其盐的方法。

背景技术

(R)-3-羟基丁酸((R)-3-Hydroxybutyrate，3HB)是一种具有光学活性的手性化合物，CAS号为625-72-9。(R)-3-羟基丁酸是哺乳动物体内由肝脏内的长链脂肪酸代谢而产生的化合物，作为主要的酮体存在于血浆和外周组织中，可以用作身体大部分组织中的能量来源。(R)-3-羟基丁酸除了具有营养功能之外，还具有治疗许多疾病的作用，包括：1、可以治疗许多得益于酮体水平提高的疾病(如包括癫痫和肌阵挛的神经紊乱疾病以及包括阿尔兹默症和痴呆等的神经退化性疾病)；2、通过氧化辅酶Q来减少自由基伤害(如缺血症)；3、加强代谢效率(提高训练效率以及运动成绩，治疗供养不足、心绞痛、心肌梗塞等)；4、治疗如癌症尤其是脑癌(如星细胞瘤等)相关的疾病；5、对于糖代谢紊乱(如I型糖尿病、II型糖尿病、低血糖低酮体症等)具有很好的疗效；6、可以用于防治骨质减少(osteopenia)、骨质疏松症、重度骨质疏松症以及相关骨折等。基于这些功能，(R)-3-羟基丁酸及其盐可以用作食品添加剂和药物，具有巨大的保健和药用价值。

(R)-3-羟基丁酸的制备主要为化学法，包括直接化学合成(R)-3-羟基丁酸、使用聚3-羟基丁酸解聚酶通过酶法降解聚3-羟基丁酸酯生产(R)-3-羟基丁酸。化学合成(R)-3-羟基丁酸的方法需要高温、高压的反应条件以及昂贵的手性金属催化剂等；而酶法降解聚3-羟基丁酸生产(R)-3-羟基丁酸需要耗费大量的有机溶剂，反应时间较长，并且需要高纯度的聚3-羟基丁酸酯作为起始物，并极易产生消旋化，但该方法目前还处于实验室水平，如果进入工业化大生产仍然存在成本高、产率低等问题。

目前，市场上销售的大部分3-羟基丁酸为消旋体，即(R)-3-羟基丁酸和(S)-3-羟基丁酸的等量混合物。虽然研究表明(S)-3-羟基丁酸没有生理活性，但消旋的3-羟基丁酸及其盐尤其是钠盐目前仍然是主要的商品形式并被广大消费者接受。可以预期，单一光学活性的(R)-3-羟基丁酸及其盐今后应当会逐渐成为消费市场主流，取代无光学活性的3-羟基丁酸及其盐。

人们普遍认为天然或生物来源的化合物更安全，对于药品、食品、化妆品成分的来源越来越追求“天然化”。出于市场推广目的，药品、食品、化妆品生产商都更乐意使用生物来源的产品来替代化学方法合成出来的相同物质。(R)-3-羟基丁酸作为广泛使用的天然化合物，寻找一种生物方法替代化学方法来生产已成为一种研究热点。

发明内容

为了实现生物方法来生产“安全无毒”的(R)-3-羟基丁酸，发明人对于微生物一步发酵法进行了探索，选择无致病性的微生物作为宿主，利用基因工程技术进行改造，通过增强与(R)-3-羟基丁酸生物合成相关的基因的表达，弱化分支代谢途径，筛选出高产(R)-3-羟基丁酸的生产菌株。这几种(R)-3-羟基丁酸生产菌在发酵过程中能有效地积累(R)-3-羟基丁酸，具有广阔的工业化应用前景。

因此，本发明的第一个目的在于提供一种生产(R)-3-羟基丁酸的方法。

本发明的第二个目的在于提供一种食品级的(R)-3-羟基丁酸及其盐。

本发明的第三个目的在于提供食品级的消旋体3-羟基丁酸及其盐，以满足市场的需要。

本发明的第四个目的在于提供一种(R)-3-羟基丁酸生产菌。

本发明包括如下技术方案：