[发明专利]一种利用耐辐射奇球菌R1合成5-羟甲基糠酸的方法

说明书

本发明涉及一种利用耐辐射奇球菌R1合成5‑羟甲基糠酸的方法，将耐辐射奇球菌R1划线接种于TGY固体培养基，培养后挑取单菌落接种于TGY液体培养基，培养至对数生长期后，按1％的接种量接入新鲜TGY液体培养基中，培养48h，收集菌体细胞，加入到含有5‑羟甲基糠醛的缓冲液中，在温度20～60℃下反应3～48h，得到5‑羟甲基糠酸。本发明利用的耐辐射奇球菌R1作为生物催化剂，其对5‑羟甲基糠醛具有高耐受性，能够催化高浓度底物选择性氧化合成目标产物，产率达86％以上，本发明方法具有底物浓度更高、反应效率更优异，选择性好的特点。

技术领域

本发明涉及一种利用耐辐射奇球菌R1合成5-羟甲基糠酸的方法，属于微生物及化学工程技术领域。

背景技术

随着21世纪倡导以绿色能源替代石油资源以及在化学工业中寻求环保替代品的可持续发展理念的深入，生物质能源和生物技术在资源与环境问题日益严峻的当代占据着愈来愈关键的地位。5-羟甲基糠醛(HMF)被认为是最具价值和潜力替代石化工业中基础化学品的生物基平台化学品，HMF是在木质素预处理过程中产生的副产品,由己糖(主要是葡萄糖)脱水产生。人们对5-羟甲基糠醛的研究主要基于以下两个重要原因：一方面，生物预处理水解液中的HMF会导致许多微生物的生长抑制，并具有一定的毒性作用，从而影响后续发酵合成化学品和燃料过程的产量和效率；另一方面，由于HMF分子呋喃环上带有醛基和羟甲基等高活性官能团，可以催化氧化生成一系列呋喃类芳香化合物，根据氧化的位置和氧化程度，可以分别氧化成5-羟甲基-2-呋喃甲酸(5-hydroxymethylfuroic acid，HMFCA)，2,5-呋喃二甲醛 (2,5-diformylfuran，DFF)，5-甲酰基-2-呋喃甲酸(5-formylfuroic acid，FFCA)，2,5-呋喃二甲酸(2,5-furandicarboxylic acid，FDCA)，当环上醛基被还原为羟基，得到HMF的还原产物2,5- 呋喃二甲醇(2,5-Furandimethanol，BHMF)。这些氧化还原衍生物都是关键的合成桥梁化合物，在农业、能源、医药、高分子等领域有着广泛应用。例如，HMFCA自身带有羧基和羟甲基，可以自身或者与其他化合物聚合成多种聚酯，同时还可以作为白介素抑制剂。

目前，由HMF制备HMFCA主要有化学转化法和生物转化法。化学转化法已经取得较多进展，主要是以金属催化剂催化HMF氧化制备，然而，化学法反应需要较高温度和压力，存在产物选择性和底物耐受性差的问题。而利用生物催化剂可在温和的反应条件下以HMF为底物，转化生成HMFCA，具有高产率和高选择性，同时保持高化学纯度，低副产物，但由于5-羟甲基糠醛对微生物细胞有毒害作用，大部分微生物对HMF的底物耐受性浓度较低、且催化HMF转化速度慢，因此，筛选出一种对底物HMF具有高耐受性，并且能高效催化HMF选择性氧化合成HMFCA的菌株很有必要。

耐辐射奇球菌Deinococcus radiodurans(DR)是一种红色的、非流动性、不产生孢子的球形细菌，是1956年由美国科学家Anderson等首次从辐射灭菌后仍然腐烂的变质的肉类罐头中分离出来的一种红色细菌。DR是地球最耐辐射的生物之一，是目前研究DNA损伤与修复较为理想的模式生物，故对DR的研究大多集中在辐射的损伤和修复方面。本发明采用耐辐射奇球菌R1(Deinococcus radiodurans R1)作为催化剂，发现其能高效、高选择性地催化HMF 转化为目标产物HMFCA。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种利用耐辐射奇球菌R1合成5-羟甲基糠酸的方法，耐辐射奇球菌R1对底物HMF具有高耐受性，并且能高效催化HMF选择性氧化合成HMFCA。

技术方案

一种利用耐辐射奇球菌R1合成5-羟甲基糠酸的方法，包括如下步骤：