[发明专利]一种高转化率的β-丙氨酸生物酶合成方法及其成套装置

说明书

本发明涉及一种高转化率的β‑丙氨酸生物酶合成法，该方法包括下述步骤，将丙烯酸和氨水溶液在混合器(一)中均匀混合后，将制得的混合液(一)导入混合器(二)中，加入丙烯酸氨氧化酶，均匀混合后，将制得的混合液(二)导入管道反应器中进行转化反应，制得含有β‑丙氨酸的转化液。本发明的制备方法实现了β‑丙氨酸生物酶法的连续化生产，显著降低了副反应，显著提高反应速率和丙烯酸的有效转化率。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种高转化率的β-丙氨酸生物酶合成方法及其成套装置。

背景技术

β-丙氨酸为自然界中唯一存在的β型非蛋白氨基酸，并被广泛应用于医药、饲料、食品等领域。

CN 108383742 A公开了一种化学法生产β-丙氨酸的方法，该方法将氨水混合物和丙烯酸分别通向管道反应器中进行连续反应，再对反应产物进行脱氨、脱水、醇析、结晶处理，制得β-丙氨酸。该方法中丙烯酸的有效转化率能达到96％。但反应需在高温(100～150℃)、高压(1.0MPa)条件下进行，存在副反应多(丙烯酸自聚等)、能耗较大等缺陷。

CN1285730C公开了一种生物法合成β-丙氨酸的方法，该方法用可产生丙烯酸氨氧化酶的微生物分别在含丙烯酸的种子培养基和含丙烯酸的发酵培养基中培养出相应的氨基化酶，再将生物转化生成的氨基化酶加入含有1％～50％(g/ml)丙烯酸的氨水溶液，在酶的作用下合成β-丙氨酸，产品纯度可达98％，但其丙烯酸转化率仅约60％。

CN109385415A公开了一种天冬氨酸酶变体将丙烯酸转化为β-丙氨酸的方法，其中，丙烯酸的转化率为84％以上。

CN110923272A公开了一种能将丙烯酸生物转化为β-丙氨酸的天冬氨酸突变体，该突变体同时存在四个突变点，丙烯酸的转化率高达99.8％。但前述转化率并非丙烯酸转化为β-丙氨酸的有效转化率。

与化学合成法相比，β-丙氨酸的生物酶合成法的反应条件相对温和，更适合用于丙烯酸加氨合成β-丙氨酸的转化，但生物酶合成法存在转化率低等缺陷，急需研究探索更高转化率的生物酶合成法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高转化率的β-丙氨酸生物酶合成法，包括如下步骤：

(1)将丙烯酸和氨水溶液在混合器(一)中均匀混合后，将制得的混合液(一)导入混合器(二)中，加入丙烯酸氨氧化酶，均匀混合后，制得混合液(二)；

(2)将制得的混合液(二)导入管道反应器中进行转化反应，制得含有β-丙氨酸的转化液。

本发明的优选技术方案中，所述的丙烯酸氨氧化酶为其丙烯酸氨氧化酶溶液，优选丙烯酸氨氧化酶溶液选自含有可表达丙烯酸氨氧化酶的微生物菌种经过培养基发酵培养所得的发酵液或其浓缩液的任一种或其组合。

本发明的优选技术方案中，所述浓缩选自真空浓缩、减压浓缩、薄膜浓缩、常压浓缩、超滤浓缩、离心浓缩的任一种或其组合。

本发明优选的技术方案，所述丙烯酸：氨水溶液：丙烯酸氨氧化酶溶液的重量体积比(w/v/v)为1：1.5～2.0：0.6～1.5，优选为1：1.6：0.7。

本发明优选的技术方案，所述丙烯酸氨氧化酶溶液的酶活力为50-2000U/mL，优选为500-1500U/ml，更优选为800-1200U/mL。

本发明优选的技术方案，所述微生物菌种为野生型菌种，优选为野生型大肠杆菌、野生型藤黄八叠球菌中的任一种。

本发明优选的技术方案，所述微生物菌种为基因工程菌种，优选为大肠杆菌的基因工程菌种、藤黄八叠球菌的基因工程菌种中的任一种。

本发明优选的技术方案，所述氨水溶液的浓度为15％-45％，优选为20％-40％，更优选为20％-30％。