[发明专利]异戊二烯的生产菌以及生产异戊二烯的方法

说明书

本文涉及一种异戊二烯的生产菌以及生产异戊二烯的方法。具体来说涉及一种以甲醇为原料生产异戊二烯的属于甲基杆菌属(Methylobacterium)的细菌，对所述细菌进行修饰使其表达异戊二烯合成酶(IspS)。

技术领域

本文涉及异戊二烯的生产菌以及利用异戊二烯生产菌生产异戊二烯的方法。

背景技术

异戊二烯，即2-甲基-1,3-丁二烯，是一种带有共轭双键的活泼烯烃(图1)。异戊二烯不溶于水，但可与一般有机溶剂如乙醇、乙醚、丙酮和苯等互溶。异戊二烯在100kPa下沸点仅为34℃，所以极易挥发。它还容易发生自身聚合，也易与别的不饱和化合物共聚。在齐格勒-纳塔催化剂的作用下聚合，则会产生聚异戊二烯，即天然橡胶(http://en.wikipedia.org/wiki/Isoprene)。

由于自然条件的限制，我国的天然橡胶资源一直处于供不应求的状态，进口依赖度持续高于七成，进口地区集中于三大产胶国泰国、印尼和马来西亚，天然橡胶原料短缺已成为制约我国橡胶产业发展的瓶颈。2010年我国天然橡胶总产量为68万吨，而进口量则高达186万吨，天然橡胶的自给率仅为27%。而异戊橡胶因为其结构和性能和天然橡胶的相似性，成为了面对当今国内天然橡胶资源短缺状态的最佳替代品。若以15%的异戊橡胶替代进口天然橡胶，则可以估算出2010年国内异戊橡胶的理论需求量超过27万吨。可见我国异戊橡胶的发展空间巨大(王启飞，于洋，张红兵，叶强.我国发展异戊二烯橡胶前景分析[J].中外能源,2011,16(8)：68-71)，由此带动的对异戊橡胶单体异戊二烯的需求也将十分可观。世界上异戊橡胶的主要生产国为俄罗斯、日本、美国。但是遗憾的是，中国直到2010年4月才建立了1.5万吨/年的生产装置，是七大合成胶中中国量产最晚的品种。制约我国异戊橡胶产业的主要因素在于其聚合单体——异戊二烯资源集中困难，难以达到产业化规模。

目前异戊二烯的生产方法主要有石油分离法和化学合成工艺(Nicolaou,K.C.etal.Total synthesis of eleutherobin.Angew.Chem.Int.Ed.36,2520–2524(1997).;和Avery,M.A.,Chong,W.K.M.&Jennings-White,C.Stereoselective total synthesis of(+)-artemisinin,the antimalarial constituent of Artemisia annuaL.J.Amer.Chem.Soc.114,974–979(1992))，以及近年来新兴起的生物合成法。其中主要有如下几种方法：

(1)分离生产异戊二烯

分离工艺主要是将裂解碳五馏分中的异戊二烯采用萃取精馏技术分离出来，裂解碳五馏分是石脑油及其它重质裂解原料蒸汽裂解制乙烯过程中产生的副产物,其异戊二烯质量分数约为15%～25%。分离工艺中的二甲基甲酰胺法(DMF法)、乙腈法(ACN法)、N-甲基吡咯烷酮法(NMP法)均已实现工业化。随着科学技术的发展，研究者们进行了化学吸附法和膜分离等方法生产异戊二烯的探讨。下面的表1列出了各种分离方法的原理与特点。

表1各分离方法原理与特点列表

(2)化学合成法生产异戊二烯

化学合成异戊二烯的工艺主要包括烷烃脱氢合成法、异戊烯催化脱氢法、异丁烯/异丁醇-甲醛法、乙炔-丙酮法、丙烯合成法及生物合成法等。下表2列出的主要的化学合成方法的特点。

表2各化学合成方法特点列表

(3)生物合成法