[发明专利]一种发酵生产1,5-戊二胺的方法

说明书

本发明涉及一种发酵方法，特别涉及发酵生产1,5‑戊二胺的方法。一种发酵生产1,5‑戊二胺的方法，包括通过细菌发酵将底物转化为1,5‑戊二胺，在发酵过程中通过控制硫酸铵的补入速率分阶段控制RQ，所述RQ控制为1.2‑2.2。本发明解决了目前的生产方法中戊二胺的转化率不高的技术问题。

技术领域

本发明涉及一种发酵方法，特别涉及发酵生产1,5-戊二胺的方法。

背景技术

戊二胺(Diaminopentane；DN)，又名尸胺，在农业、医学以及工业上具有广泛的应用。在农业上，外源施加DN可以改善坐果和促进果实成熟；在医学上，DN可以作为一种有效治疗痢疾的药物；在工业上，戊二胺可以代替来自于石油化工产品的二胺类进行聚合反应生成聚酰胺。目前聚酰胺的年产量接近600万t，其中尼龙6.6(Polyamide 6.6；PA 6.6)是聚酰胺类中开发最早、产量最大、应用最广的产品之一，被广泛应用于航空航天、汽车部件、机械零部件、电子电器与包装材料等行业中。PA 6.6是由己二酸与己二胺1:1聚合生成的，但己二胺的合成仍然依赖于由石油化工产业。作为一种可以利用微生物发酵生产的可持续性产物，戊二胺可以代替己二胺与己二酸进行聚合反应，因此戊二胺的生物法合成具有重要的战略地位。

现有技术中的一种利用微生物转化合成尸胺的方法，它构建了能分泌表达赖氨酸脱羧酶的微生物，在发酵生产赖氨酸脱羧酶，然后向微生物培养基中投入赖氨酸，从而把赖氨酸转化为尸胺。这种方法需要一定纯度的赖氨酸，需要另外的赖氨酸生产和纯化工艺。公开号为104762336A、公开日为2015-07-08的中国发明专利申请公布了一种向赖氨酸发酵液中加入赖氨酸脱羧酶的方法来生产尸胺。这种方法虽然不需要纯化赖氨酸，但需要生产和纯化赖氨酸脱羧酶，这是一个非常复杂的工艺过程。公开号为CN105441497A、公开日为2016-03-30的中国发明专利申请，公开号为CN105316270A、公开日为2014-06-27的中国发明专利申请公布了利用微生物发酵和微生物转化偶联生产尸胺的方法，利用基因工程技术，将不同来源的赖氨酸脱羧酶基因克隆至高产赖氨酸的大肠杆菌或谷氨酸棒杆菌中进行分泌表达，将重组菌株进行发酵，第一阶段主要是重组菌株合成赖氨酸，第二阶段诱导赖氨酸脱羧酶基因进行分泌表达，并将赖氨酸转化成尸胺。

如图1所示，目前常见的生物法合成戊二胺是以菌体内合成的赖氨酸为底物脱羧形成的，而过程中常见的限制性底物为赖氨酸的合成，因此提高赖氨酸的合成速率决定了戊二胺的产生速率。同理，赖氨酸对葡萄糖的得率也最终决定了戊二胺的得率。因此，提高赖氨酸的合成效率以及得率对于生物一步法合成戊二胺来说至关重要。常见的大肠杆菌合成赖氨酸代谢过程如图1所示。可以看出，每合成1mol赖氨酸，需要4mol的NADPH，因此提高NADPH的量是提高L-赖氨酸积累量的重要手段之一。在细菌内，经由TCA循环形成的NADH可以在NADH激酶和ATP的共同作用下被转化为NADPH，此为赖氨酸合成中还原力NADPH的主要来源。1mol葡萄糖经EMP以及TCA转化的NADH均进入呼吸链产生ATP时会消耗6mol O₂，而经TCA时产生6mol CO₂，因此其呼吸商(Respiratory quotient；RQ)应为1。

发明内容

本案发明人认为，如果过程中合成的NADH被转化为NADPH进入赖氨酸的合成而并不进入呼吸链消耗O₂，那么发酵过程中的RQ应是大于1。RQ越大，说明越多的NADH被转化为NADPH进入赖氨酸合成，赖氨酸的转化率越高，相应地戊二胺的转化率也越高。因此，维持较高的RQ有利于戊二胺生物发酵过程。

本发明的第一方面目的在于提供一种1,5-戊二胺的生产方法，以解决目前的生产方法中戊二胺的转化率不高的技术问题。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本发明的目的。

一种发酵生产1,5-戊二胺的方法，包括通过细菌发酵将底物转化为1,5-戊二胺，在发酵过程中分阶段控制RQ，所述RQ控制为1.2-2.2。