[发明专利]一种微生物全细胞合成(R)-1,3-丁二醇的方法

说明书

本发明公开了一种微生物全细胞合成(R)‑1,3‑丁二醇的方法，属于生物催化不对称转化技术领域。本发明通过筛选获得一株高选择性全细胞合成(R)‑1,3‑丁二醇的微生物，即库德里阿兹威毕赤酵母CCTCC M 2019329，并以其全细胞作为催化剂，以4‑羟基‑2‑丁酮作为底物，采用单因素优化后得到的反应pH、温度、转速、辅助底物，(R)‑1,3‑丁二醇的产率达80％以上，光学纯度达99％以上，产物浓度达到100g/L以上。

技术领域

本发明涉及一种微生物全细胞合成(R)-1,3-丁二醇的方法，属于生物催化不对称转化技术领域。

背景技术

(R)-1,3-丁二醇((R)-1,3-BDO)的化学结构为：

(R)-1,3-BDO是一种非天然活性醇，是一种重要的药物中间体。在工业生产中，通常作为中间体用于信息素和杀虫剂的合成，尤其是在制备氮杂环丁二酮衍生物方面。氮杂环丁二酮衍生物是合成青霉烯类和碳青霉烯类抗生素的起始原料，而青霉烯类抗生素是重要的β-内酰胺抗生素，其具有强杀菌活性、低毒性、临床适应症广泛和效力优良的优点。随着全球市场对青霉烯类和碳青霉烯类抗生素的需求扩大，对(R)-1,3-BDO的需求也急剧增加。

目前，(R)-1,3-BDO可以通过化学合成法和生物转化法合成。在化学合成过程中，存在较多的环境污染，不利于大规模的生产。而生物转化法合成(R)-1,3-BDO可以克服环境污染的问题，且生物法制备手性醇具有高效、专一、立体选择性好、反应条件温和等优点，已经成为制备手性醇的重要手段。目前已出现了一些生物转化法合成(R)-1,3-BDO的报道，如atsuyama等人分别利用K.lactis IFO 1267以及C.utilis IAM 4277在10L发酵罐规模实现了对底物4-羟基-2-丁酮(4H2B)的催化转化，产物的光学纯度达到93％和94％，产物的光学纯度未达到99％，需要经过复杂的分离提纯才可作为医药类的中间体原料；Zheng和Rao等人分别利用C.krusei ZJB-09162和P.jadinii HBY61催化转化4H2B，产物的光学纯度达到99％，但是底物浓度只能达到45g/L，产率为83.9％和85.1％；Yamamoto等人以外消旋体(R,S)-1,3-BDO为底物，使用表达(S)-1,3-BDO的特异性仲醇脱氢酶的全重组大肠杆菌细胞通过对映选择性氧化制备(R)-1,3-BDO，光学纯度为95％，但产率仅为43％；以葡萄糖作为催化底物，通过基因工程的方式构建重组菌，对重组菌株进行代谢调控合成(R)-1,3-BDO，Kataoka等人利用此途径催化转化葡萄糖，产物浓度仅能达到9.05g/L，远远不能满足工业化的要求。目前，(R)-1,3-BDO合成方面，生化转化的效率和催化系统的规模仍然是有限的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一株库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)QC-1，已于2019年5月7日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2019329。

本发明的第二个目的是提供含上述库德里阿兹威毕赤酵母的微生物制剂。

本发明的第三个目的是提供一种合成(R)-1,3-丁二醇的方法，是以上述库德里阿兹威毕赤酵母的全细胞作为催化剂，以4H2B作为底物，合成(R)-1,3-丁二醇。

在本发明的一种实施方式中，所述催化剂是取上述库德里阿兹威毕赤酵母单菌落接种至YPD液体培养基中，28～32℃，200～220rpm培养16～18h，并以1～5％(V/V)的接种量转接至新的YPD培养基中，28～32℃，200～220rpm培养40～60h，离心得到的湿菌体。

在本发明的一种实施方式中，催化剂添加量为2～10g/g底物。

在本发明的一种实施方式中，底物浓度为15～25g/L，催化剂终浓度为80～120g/L。