[发明专利]构建基因工程菌发酵联产PDO、BDO和PHP的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，特别提供了一种构建基因工程菌发酵联产PDO、BDO和PHP的方法；所述的PDO为1，3-丙二醇简称，BDO为2，3-丁二醇简称，PHP为由单体是β-羟基丙酸聚合生产的聚合物(聚β-羟基丙酸)。

背景技术

1，3-丙二醇(简称PDO)是一种重要的化工原料，可作为有机溶剂应用于油墨、印染、涂料、润滑剂、抗冻剂等行业。PDO最主要的用途是作为聚酯和聚氨酯合成的单体，特别是与对苯二甲酸聚合生成的聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)，显示了比以1，2-丙二醇、丁二醇、乙二醇为单体合成的聚合物更优良的性能。目前全球每年消费数千万吨聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，而PTT的化学稳定性、生物可降解性等与PET相当，但耐污染性、韧性和回弹性及抗紫外性能等更优越。此外PTT纤维还具有耐磨、吸水性低、低静电等优点，可在地毯领域与尼龙竞争。它还可用于具有优良性能的无纺布、工程塑料、服装、家庭装饰、垫衬料、织物等方面。PTT被评为美国98年六大石化新产品之一，被认为将是PET的升级产品。

PTT的优越性能及市场潜力早在50年前就被人们所认识，只因原料PDO生产技术难度大、成本高而导致PTT很难大规模工业化生产，迄今为止，只有Dupont和Shell两家跨国公司采用传统的化学合成路线，以环氧乙烷或丙烯为原料生产仅供它们合成PTT自用的PDO。化学合成法的缺点是副产物多，选择性差，操作条件需高温高压，设备投资巨大，原料为不可再生资源，且环氧乙烷和另一路线的中间产物丙烯醛分别是易燃易爆或剧毒的危险品。由于发酵法生产PDO选择性高，操作条件温和，因此近年来受到特别的重视。

生物合成法生产PDO是利用微生物歧化甘油产生。自然界中可将甘油转化为PDO的微生物主要是厌氧或兼性厌氧菌，其中克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae)、丁酸梭状芽胞杆菌(Clostridium butyricum)及弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii)具有较高的PDO转化率，而且对甘油和产物PDO具有较高的耐受力，因此具有较高的开发价值与应用前景。

2，3-丁二醇(2，3-butanediol，简称BDO)作为发酵法生产PDO的一种副产物也是一种重要的化工原料。它是一种无色无味液体，可作为燃料，可用来制备聚合物、油墨、香水、防冻剂、熏蒸剂、增湿剂、软化剂、增塑剂、炸药以及药物的手性载体等。BDO还可作为一个很有价值的化工原料来合成其他化学品，如BDO脱水可产生甲乙酮，甲乙酮的应用相当广泛，再进一步脱水可形成1，3-丁二烯。BDO可通过Diels-Alder反应聚合生成苯乙烯。BDO与甲乙酮缩合并进行加氢反应生成辛烷，辛烷可用来产生高质量的飞行原料。BDO与乙酸反应生成2，3-丁二醇二乙酸酯，此酯类可添加到奶油中改善风味。但由于其在PDO发酵中产量较低，一般不作为产物进行分离、提纯。

聚β-羟基脂肪酸，英文名称Polyhydroxyalkanoates，简称PHAs，泛指由单体β-羟基脂肪酸之间的羟基和羧基脱水酯化而得到的一种生物高分子材料。目前已经发现PHA聚酯有至少125种不同的单体结构，并且新的单体被不断地发现出来。由微生物合成的PHA有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、压电性和光学活性等。PHA能够满足多种人体组织器官的需求，如：心血管系统、角膜胰腺、胃肠系统、肾脏、泌尿生殖系统、肌肉骨骼系统、神经系统、牙齿与口腔、皮肤等等。目前已经商品化的PHA产品主要有PHB、PHBV和PHBHHx。另外，根据单体结构或含量的不同，PHA的性能可从坚硬到柔软到弹性变化。PHA有许多潜在的应用前景，国内外都对其进行大量的基础和应用开发研究。

PHAs的最简单单体是β-羟基丙酸(β-hydroxypropionic acid)，由它聚合生产的聚合物简称PHP(Polyhydroxypropionic acid)。最近研究表明PHP相对其他种类的PHAs具有更高的强度，在某些行业就有良好的潜在应用前景。PHA生物合成时候的直接单体是β-羟基脂酰辅酶A，这种形式的单体含有高能化学键。PHP在微生物细胞里面可以通过甘油代谢中间产物转化生产(见图1)。