[发明专利]一种生物质化学-酶法制备L-呋喃丝氨酸的方法

说明书

本发明公开了一种生物质化学‑酶法制备L‑呋喃丝氨酸的方法，属于生物化工领域。本发明提供了一种优化了制备工艺的Fe₃O₄@MCM‑41/SO₄^2–，并将其用于生物质化学‑酶法生产L‑呋喃丝氨酸的工艺。本发明的L‑呋喃丝氨酸的生产方法省去了中间物的分离过程，生物相容性好，步骤简单，过程经济环保，可使L‑呋喃丝氨酸的产率达73.6％，为β‑羟基‑α‑氨基酸的绿色可持续制造提供了参考。

技术领域

本发明涉及一种生物质化学-酶法制备L-呋喃丝氨酸的方法，属于生物化工领域。

背景技术

生物质的利用不仅可以缓解化石能源枯竭和环境污染危机，而且增加了对废弃资源的利用途径，对农业经济发展也起到了支持作用。

糠醛，又名呋喃甲醛，是呋喃系的衍生物，作为一种生物基平台化合物，可进一步转化为精细化学品和燃料。一步稀酸法糠醛生产因其设备投资少，操作简单，在糠醛工业中得到了广泛的应用。但是，糠醛传统的一步稀酸生产工艺收率低、能耗高、污染严重，而且该过程只利用了生物质中的半纤维素，而纤维素等未被利用，原料利用率低。为了推进糠醛行业的进一步发展，研究开发磁性固体酸催化剂用于制备糠醛，反应结束后该磁性固体酸可以通过外界磁场与反应体系快速抽离，并且过滤所得的纤维素残渣进一步被纤维素酶水解得到葡萄糖。

呋喃丝氨酸(FLSE)属于呋喃β-羟基-α-氨基酸，是重要的糠醛高附加值衍生产品，可作为呋喃类抗生素和2-氨基-1-呋喃-2-乙醇的前体。一般地，FLSE通过化学法合成，但在此过程中需要消耗大量的有机溶剂和强碱，并且反应需控制在4℃左右，反应时间较长(Dullaghan M.E.,et al.Journal of the American Chemical Society,1951,73(11):5455.)。因此，选择性好以及对环境友好的生物催化方法亟待开发。

发明内容

本发明针对L-呋喃丝氨酸传统有机合成的问题，提出了一种高效的一锅化学-酶催化工艺途径，将木质纤维素原料直接转化为L-呋喃丝氨酸。该方法制备简单，步骤少，易于操作，过程经济高效。

本发明的第一个目的是提供一种磁性固体酸Fe₃O₄@MCM-41/SO₄^2–，包括(a)–(c)所示步骤：

(a)将三价铁盐与二价铁盐以2:(1–1.2)的比例在水相中混合，在氮气保护下，升温至80℃以上，加入NH₃·H₂O溶液，利用磁场分离得到Fe₃O₄磁性颗粒；

(b)将粉煤灰与含盐酸的溶液混合，在70℃以上搅拌4h，过滤、洗涤、干燥，得到预处理后的粉煤灰，再与2倍重量的氢氧化钠混合，在500℃以上加热1h；将得到的碱熔粉煤灰与水按1:4比例混合，在室温下搅拌24h，过滤后得到淡黄色的硅酸钠溶液；

(c)将步骤(a)制备好的Fe₃O₄在水中分散，加入氨水并搅拌，再加入溶于热水的CTAB，继续搅拌；慢慢加入步骤(b)制备的硅酸钠溶液，持续反应24h，再将pH值调至10.5，在110℃的反应釜中水热处理24h，磁分离收集固体产品，清洗后干燥得到Fe₃O₄@MCM-41。

(d)将步骤(c)的Fe₃O₄@MCM-41研磨，用3M(NH₄)₂SO₄溶液浸渍至少24h，磁分离和干燥后，在500℃煅烧3h得到固体酸Fe₃O₄@MCM-41/SO₄^2–。

在一种实施方式中，所述磁性固体酸的制备方法具体为：