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生物催化法生产丙酮酸(盐)的研究

马翠卿  
【摘要】:α-酮酸(RC(O)COOH),特别是α-酮酸的氨基酸类似物是生物代谢途径中非常重要的中间物。例如,丙酮酸是细胞代谢的关键中间产物之一,联系着EMP与TCA循环;草酰乙酸,α-酮戊二酸,草酰柠檬酸是TCA循环的重要中间物。Berzelius在1835年制备出第一种α-酮酸—丙酮酸,之后一系列的关于α-酮酸的合成及性质的论文陆续发表。对该生物转化课题研究的兴趣主要在于:作为重要有价值化学中间物;作为酶抑制剂、药物及生物代谢途径和机制研究等多方面。作为α—酮酸类化合物的典型代表,丙酮酸的分子中具有羰基和羧基两种官能团,反应中心多,显示出比一般化合物更为重要和特殊的化学性质。丙酮酸系列化合物也是重要的有机合成和药物合成的中间体,已引起广泛的重视。丙酮酸的生产方法主要有化学催化合成法、微生物发酵法和生物催化法。生物催化法合成丙酮酸由于具有反应混合物组成简单、高底物转化率、产品纯度高、后续分离提取费用低廉和操作简单等优点已成为生物技术法生产丙酮酸研究中的一个热点。 医药生物技术和农业生物技术是前两次的生物技术热潮。近年来,工业生物催化带来了生物技术的又一次新的浪潮。借助于当今国内外生物技术的新一轮生物催化和绿色化学的浪潮,加上目前丙酮酸作为一种重要的化工合成中间体,应用领域不断扩大,传统的化学方法生产丙酮酸不能满足日益增长的需求。开发一种新的无污染、成本低、效率高的生物催化生产法,具有十分重要的研究价值与实践意义。根据先前的研究结果,我们试图从寻找完整细胞作为廉价的催化剂这一思路着手,针对目前生物催化法生产丙酮酸研究的空白,从菌种筛选入手,进行生物催化剂的制备、生物转化过程、和产品的分离提取研究,最终成功地精制出了合格产品。本论文工作创新性地发明了一种较有新意的、有工业化前景的丙酮酸生产新方法。 针对目前国内生物催化法生产丙酮酸研究的空白,以价格相对较低廉的底物乳酸为唯一碳源,首次筛选得到具有独立的知识产权、具有高效转化乳酸生成丙酮酸活力的菌株,产酸达500mmol/L以上;对其中转化活力较高的两株进行了菌种生理生化及16S rDNA的鉴定工作,证明是不动杆菌(Acinetobacter sp.)和施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)。以转化活力最高的WLIS菌株为研究对


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