酶促合成D—泛酸工艺

糖。但总的说来 ，我国与外国相 比，甜食 品消费很少 ， 这可能和找国人民的生活习惯有关。 美国是世界上人均消费食糖最多的国家，人均消 费6o多公斤，其中饮料一项，食糖消耗就占有很大比 重。美国年产 46OO万吨包括可乐在内的碳酸饮料．人 均消费170升。按 10％台糖计，仅碳酸饮料年用糖量 达 45O万吨。由此可见 ，美 国人仅喝饮料一项人均消 耗食糖就高达 l7公斤 而中国 1996年碳酸饮料6OO 多万吨，用于饮料的用糖量按 6o万吨计．人均消费于 碳酸饮料的食糖仅0．6公斤，占人均食糖消费6公斤约 l0％．而美国为3o％左右。这恐怕是两国人民的饮食 习惯有较大不同之故。中国人仍然习惯饮茶，台糖饮 料往往在宴会上使用，而且有较大一部分是公费消费。 日本人均消费食糖37公斤，高于国际平均水平，1992 年碳酸饮料为297万吨，人均消费饮料 船，9公斤，相当 于人均消费于饮料的白糖为 2．4公斤 占食糖人均消费 量的 l5％左右。 中国食糖消费水平低．所以作为补充的淀将糖也 并不发达，年产量不足45万吨，从全国淀粉的用途分 ， 淀粉糖也并不在前列。1995年产淀将 250万吨．其中 第一大用户是睬精，要消耗淀粉产量的∞％，其他发酵 工业柠檬酸、异 VC钠、黄原腔等也以淀将为原料．但 目 前用量并不太；淀粉的第二用户是淀粉糖 ．主要是不同 DE值的葡萄糖浆、结晶葡萄糖、麦芽糖饴等，其中麦芽 糖饴有部分是以大米为原料，故淀粉糖行业耗用淀粉 每年不到50万吨，约占淀粉总产量的 20％．其他用户 还有食品、医药、变性淀粉 、腔粘荆等。鲸上所述，淀粉 和淀粉糖今后的发展方针，必须考虑我国的宴际情况。 食糖是人民生活必需品，国家的产业政策今后仍然是 阻发展的甜菜和甘蔗为原料的蔗糖为主，发展淀粉糖 为辅。所以，淀粉糖必须发挥其优势，着重发展食品加 工所必需的专用糖类． 及在价格上和蔗糖比有竞争 力的品种 ，如麦芽 糖将．全糖将等。此外我们也注意 到，今年初，法国糖酒联合体 SDA和瑞士一个集团决定 合资在法国新建一个年耗用 25万吨玉米生产 l8万吨 葡萄糖浆的消息，解决自身食品加工所需的原料，少量 提供欧洲食品发酵工业用户的需要，这些均值得我们 借鉴。总之 ，淀粉深加工在美国以酒精、果葡糖为主； 默洲以葡萄糖浆为主，我 国目前则以发酵工业 为主。 对于发展果葡萄糖．必须持慎重态度。国内可口可乐 和百事可乐巳有 6o万吨以上的产量，目前还在继续发 展，所 以有人认为．“两乐 饮料有望成为果葡糖的大用 户 ．有些地 方正在筹 划兴建数万吨级 的果葡糖项 目。 其实，至今我国国内生产的可乐饮料，其糖料全部用的 是精制砂糖。原因很简单，国内的精制砂糖比果葡糖 浆便宜。如果有一天，我国的 陆 果葡糖成本可降到 40OO元(以千基计)那么不仅是可乐饮料，其他食品加 工业，也会争相采用 但是，目前我们离这一目标还宥 相当距离。 为此，现有果葡糖企业，为了生存和发展，除了节 能降耗，提高质量．做好供应服务工作以外，要注意做 到，进～步提高原料利用卒，争取达到98％以上，这样 不仅物尽其用，降低成本，还能减轻环境污染；在可能 的条件下应采用高油玉米为原料．使每100吨的玉米， 多产4吨玉米油．要从副产品多获效益；果葡糖具有保 湿等特性，可利其优良特性开发在更广泛的食品加工 中的应用，扩大市场开发多品种淀粉糖，利用果葡糖生 产线，生产其他淀粉糖，适应市场的多元化需求；开拓 糖类深加工，如氢化制糖醇，氧化制糖酸等。 总之，果葡糖企业要努力形成一定规模．提高综合 利用水平发展多元化的玉米探加工，这样才能有竞争 力 (上接第32页) 利用假单胞苗(h邮d0n删 )的脂肪酶 P和乙烯乙 酸酯 ，通过酯化 L一(+)一泛酰内酯 ．可从 DL-_泛酰内 酯分离出 异构体，对映体过量百分敏达踯％槐【脚 参考文赫 [1]H．}IB‘a．dd．Bioc／~m．Biop~s．Acre．1帅9；990~175 [23s．$himizw，H d．Bur．J．Bioche~．．】瞄 ：174 37 [s]s．Shtmizu．d ．J．Biol a1蛐．．】瞄 Z63：12077 [4]s．铀 n ． ，^ 鲥c．Bio1．c m．．196"／；5l}四9 [5)H．}IB‘a，矗 ．Ag嘶．Biol o舶 ．，1987；51：3011 【6]M． 口d4，矗ai,^ c．Bio1．c ．1990；54：177 【7)H Mild，矗 EP嘲 ．0O0 (1972) 口 59o，蹰 (1994) [83s．s陆曲 ，矗al，M即∞ 如帅 ICafiahi，198"7；62：鹋 【9JM． ta妇 ，d柚．^ ppI． 响m ，Mhd蝴 ．．1990；56：3∞5 [1OiS．$lfirai~．髓 ． 啊 lcrl~ob．T~mo1．，19B 9：4n Lu】s．铀if血m．吐 ，却pI． 岫啪 ．蛐稿出 ．．1孵7；$3：519 【l2jS．S响曲 ∞d H． 哪 出 ．Ckm． q^，。cB h 帅 Biom：tmo1．．8山 1990．151一品 ．Bd．byT O．B日岫 l咖 ．髓 ， P'cn啪 Y畦 ．N．Y． 【l3)G．Fu锄ng，矗al，髓 4．OO5，150(1991) 作者通讯联系地址：上海市梅艘路130号 华东理工大学1O’ 信箱 (邮编 却0凹7) l1 维普资讯 http://www.cqvip.com 。 2 Cl／岁2川 摘 薹 舟绍了酵促合成 D_-泛酸工艺的研究开发情况 。 I 关稍叫+)_泛酸 竺 p， 蔽 雅壕 Stereoselective Synthesis of D-Pantothenic Acid by Microbial Enzymes larI arIg (Resca Institute ofFineCllcmicals． EastChinaUnivetslty of Scicmce andTedmology，Shangi~ 200~7) Ab皇嘲 The p 船 oE嗍 m d目即醴 ve nl s ofD-(+)·p皿晡 c d by mzya~ l‘印 wo D一(+)p穹n 岫 ic 0Ig皿 叫be出 s垤舶酋c bcds b-(+)．泛酸(D-(+)． 眦杜埘 d)分子由 丙 氨酸借肽键与 ， 一二羟基一口，B一二基丁酸缩舍而 成。1933年 ，Wm锄 等人发现 ，它为酵母 的生长因子． 后又证明它是报多动物【包括人类)必需的维生素，并 命名为维生素 ；194~0年．探知其化学结构，并实现化 学台成。 c O HOCH~一÷一 H一 ．NHCHiCH~COOH jH 。 C，HI7 N口，葺2I j卑 D一泛酸为拽黄色粘性油状液体．易溶于水与乙 醇，涪于乙酸己酯 肟与冰醋酸，徽溶于乙醚与戊醇，不 溶于永、苯、氯仿 具有较强的暧湿骺力，在中性介质 中对温热、氧化及还原都较稳定，但酿、碱和干热均能 使其分解成口一丙氮酸及其它氧化物。天然泛酸【口]曹 = +37． 。 泛酸广泛存在于酵母、细菌和动植物细胞中．膏古 泛酸的食物为各种动物内脏和内、蛋黄、答类和啤酒酵 母，人体肠道细菌也能合成D一泛酸。泛酸能刺激肾 上稼，使肾上腺皮质激素和其他肾上腺虢素分泌量增 大．对皮肤和神经系统的保健超重要作用；此外，还能 减少许多抗生素耐人体的毒害作用，帮助预防早衰及 起皱纹；以及保护由于过虚x一射线引起的细胞损伤。 · 29 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 化学合成泛酸的传统工艺为，羟基化异丁醛获得 2．2一二甲基一卜 羟基丙醛，与氰化钠反应，水解酸化 合成 m广泛酰内醋。经奎宁、奎尼定、辛可尼定或番 水鳖碱旋光拆分，得刊的D一(一)一泛酰内酯B一丙氨 酸深缩合成 D一(+)一泛酸。但由于生产过程中使用 了有毒的氰化钠以及烦杂的化学拆分，限制了纯化学 合成法的实际应用。为此．人们探索开发了酶法合成 工艺。 1．台成前体的化学台成 氧代泛酰内酯是酶促合成 D一(一)一泛酰内醋的 理想 前体。曰血 巩和 Y自mada( )以异丁醛。甲醇钠和 草酸二乙醋为原料，在 甲醛水溶液 中一锅法室温化学 合成氧代泛酰内醋，收率达81．0％。 一 C H j 。 一 COOC ~ 嚣 c。O吒O'E ~CI'I．~',．CHCH ⋯ ＼ 印帆 芝] Hc口OcH|十CH3OM ‘-， 2．D一泛酸的—促台成 氧代泛酰内酯可经叔条酶促合成工艺途径生产m-(一)一泛酰内醋或 m-(+)一泛酸。 2 氧 蠛 醣 ⋯ 酣 ／ 一酣器 媸宵酯 cd ) (a)D—泛酰内醋的合成 从假丝酵母( n凼d且par暑P蝴棚i自)细臆分离结晶出 的氧代泛酰内醣不对称还原酶(见表I和2)(¨，是一种 以NADFH为辅醇的羰基还原酶，分子量约为柚，∞ · 30 · p一澧群酸 t2> ir 和Y目瑚da等人 蚰以此酶为催化剂和葡萄糖为 能源．立体还原氧f睫 酰内酯成 D--(一)一泛酰内醋， 浓度达50一∞ L，摩尔产率近达100％。 维普资讯 http://www.cqvip.com 表1 从微生物中分离提纯的羰基还原酶夏其生化性质【’ 。) 多酮还原酶 多酮还原酶 氧代泛酰内醇还原酶 氧代泛酰内醇还原酶 假丝酵母 毛 霉 假单胞霉 假丝酵母 项目 物 (c．pa 词。凼) (M．孤 i 1惜) (P． l 蝴ia) (c．m ed0Ilie陋iB) 天然分子量 37．O0D 56．O00 116．000 45，000 亚单位分子量 41．600 27，000 3O。5∞ 42，000 ，w(s) 4．8 7 75 P 6．3 6．4 3．5 5．5 吸收峰(m ) 278 276 276 278 E(％) 8 3 20．0 氨基酸 苯丙氨酸 苏氨酸 Km( ) 0．33(氧代泛酰内酯) 0 71(氧代泛酰内酯) 0．4o(泛酸) 2．S(Z’一氧代泛酸己醑) VnH( ／瑚 ／唱) 481(氧代泛酰内酯) 511(氧代泛酰内酯) 1。310(泛酸) l20(2’一氧代泛酸己酵) 辅 酶 NA唧 N^ DP}【 N^ 】DP}【 N^】]P}【 最佳 pH 7．O 6．O 6．O 6．5 最佳温度(℃) 40 40 37 40 l穗定性 6．0—7．3 5．5—7．0 6．0一l0 4．5一lO．5 热稳定性 42％(40~C。lOl血) 75％(4S℃．10min) ∞％(6o℃．10m ) l0D％(SS~C。10mln) 抑制剂 五羟黄酮 五羟黄酮 反应机理 Plng-pong pIng-pong B Bi Bi．Bi 酶的形成 组成酵 组成酵 组成酵 组成酶 表 2 从微生物中提取纯化的羰基还原酶对底韧的作用 ～、 ＼ 底 物 0 o 。 O 酵及其来源 ～ ＼ ～ — ＼ ．琶．芝一 氧代泛酸乙酯还原酵 √ √ √ [假丝酵e(c．mElced0llien幽)] 多酮还原酵 [假丝酵母(c．pa B Bi目)] √ 多酮还原酵 √ (毛毒(M． m)] 氧代泛酸还原酵 [假单胞霉(P maltopb．山)] √ 注：√ 表示醇能还原的底物 Ha=CL，Br，F或 3l · 维普资讯 http://www.cqvip.com 上述的羰基还原酶还能催代还原环二酮．如氧代 泛酰内醑衍生物、樟脑醌等．生成相应的醇[ 。由于该 酵仅髓催代还原如下的共轭多酮．称为“共轭多酮还原 酶 。 一 {一C -- —— H二 川 一C一 ·—— 一 —r一《3> ～ 旦 主重一 一 ￡ ： x·y：H监烯基t ’ 从毛霉(^ 脚 蜘b 嘴)细胞分离出的另一种 共轭多 酮还原酶 【2】．能还原氧代泛酰内醇并仅产生 卜 (+)一泛酰内醑，由两个多肚链组成，分子量约为 2750O(见表 1和2)。两种酶同时还原氧代泛酰内醋形 成一定比率的D—T和 L广异构体。 羰基还原酶在还原氧代泛酸内醣过程中，需辅酶 NADPH参与，因此．细胞内进行的还原反应须伴随 NAIX~再生。对假丝酵母(can讪 呷 础)细胞提 取物的实验表明．已糖澈酶、葡糖十 礴酸醋脱氢酵 (cam)和6—磷酸葡萄糖酸脱氢酶参与了 NA啪 的 再生。在细胞中．假丝酵母(0r-did8 p棚唧 凼)的酶与 来 自发面酵母 和啤酒酵母的酶基本相同．在发面酵母 与啤酒酵母中也到活性很高的共轭多酮还原酶． 其还原反应历程为： (b) 泛解酸的合成 氧代泛酰内醑在 pm 一8下髓轻易地开环形成氧 代泛解酸，从假单胞茵(PBel】d0哪惜 mlk曲．曲)结晶分 离出的氧代泛解酸还原酶能绝对立体有择合成出 D-- (一)一泛解酸 J．经 D一泛酰内醑可合成出D---泛酸。 1990年．Katao~和 ilr 等人 从土壤中分离 化出土壤杆菌(Agllilectelium Bp．s-246)．还原氧代泛解 酸产生浓度达 119占／l的 D一(一)一泛解酸(对魄俸过 量百分散>9B％ee)。摩尔产率达9o％。1992年，Mild 和 Hikieh|L7 改良肠杆菌科(b嘧0h_嘣 a∞∞)埃希氏菌 (E亭妇 icha c~)WO 3301的泛酸台成酶基因，利用 氨基丙酸 和 D卜 泛解酸或泛酰 内醋定量 台成 D--泛 酸．产物的光享纯度达 100％．化享纯度达 99％。1994 年，他们又利用恢菌，在 一氨基丙酸存在下，转化水扬 酸、r一酮异戊酸、 一氧代丁酸、 一氨基丁酸、B一羟基 天枣氨酸或邻甲基苏氨酸成 泛酸。 (c)2’一氧代泛酸醇的合成 氧代泛酰内醋或 D一(一)一泛酰内醇髓与 氨 基丙酸发生速率根快的雉台反应，分别彤成2’一氧代 泛酸乙醇或D--(+)一泛酸乙荫，D一(+)—泛酸乙醇 能通过酶永解获得 D一(+)一泛酸【8|，若髓立体有择 还原2’一氧代泛酸乙醋威泛酸乙醇．就能同时避免拆 分困难以及不完全的缩台反应 毕赤酵母(Hehia ag盯 )、汉逊酵母(王1日瑁咖 Ⅱ 帅)和假丝酵母(c日舶 删Ice 眦由)对2-_一氧代泛 32 · 酶 D--泛酰内醇 氧代泛酶内醇 (5) 酸醑具有根强的还原能力。从假丝酵母(c且r商 埘岫 曲 s)分离结晶出酶的生化性质见表 l和2．该酶还 原2’一氧化泛酸乙醋仅产生 —_异构体．而还原氧代 泛酰内醇剜生成 D／I．4；l的棍古物。在优化条件下，假 丝酵母(c日T-dida瑚c e瑚抽)转化 8唔，L 2’—氧代泛 酸乙醋成 D--(+)一泛酸乙醋(对映体过量百分数> 98％ee)．摩尔产率达97．2％ 。 (d)从外消麓泛酰内醇合成呲 酸 从诺卡 氏菌(Nocardia“m d∞)细胞分离提纯的一 种分子量约600，0OO的黄煮蛋白酶，能催化氧化外消旋 泛酰内酶棍合物中的卜 (+)一异构体成氧代泛酰内 醑【 -” ；然后，氧代泛酰内静经上述的假丝酵母(c衄di． 出pa川血。瞄ie)细胞还原成D一(一)一泛酰内南。在台 适条件下．从 80昏 D卜 泛酰内醋可获得 72昏／L的 D一 (一)一泛酰内醑【 。 DI广l捱酰内醑也可通过霉菌水解酶光学拆分。镣 孢霉(F um oxyslxmm)细胞在70％(W／v)的DL广泛 酰内酵水藩藏中，于 30℃和 ．8 7．2下培养 孔小 时，约 90％的D-．．-异构体赦永解．反应完成液中 D-- (一)—泛解酸的对映体过量百分数达96％ee【删。 ＼ ∞ 一 一 D---泛解酸 +)泛酰内醇 (6) (下转第u页) 维普资讯 http://www.cqvip.com