[发明专利]一种2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸的生物合成方法

说明书

本发明涉及生物转化技术领域，具体公开一种2‑羟基‑3‑甲基‑3‑甲酰基丁酸的生物合成方法，其是以乙醛酸和异丁醛为原料，在产醛缩酶的复合微生物的催化下进行反应，制得2‑羟基‑3‑甲基‑3‑甲酰基丁酸，所述复合微生物为假黄单胞菌、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌的复合菌。本发明方法对乙醛酸和异丁醛的羟醛缩合反应具有较高的选择性，2‑羟基‑3‑甲基‑3‑甲酰基丁酸的产率可达75％以上。

技术领域

本发明涉及生物转化领域，尤其涉及一种2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸的生物合成方法。

背景技术

2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸是一种重要的医药化工原料，是制备酮基泛解酸内酯的关键中间体，同时还可以用作合成泛酸、泛酸钙的原料。目前2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸主要是由乙醛酸和异丁醛在有机碱的催化下进行羟醛缩合进行制备。该方法在碱性条件下反应，容易产生醛醛缩合等副反应，且过程中使用的有机碱用量大，约为原料异丁醛质量的1-8％，需要在后处理过程中进行回收，操作过程繁琐，成本较高，且属于危化品，不利于工业化的生产。另有文献报道采用L-脯氨酸可以催化丙酮和异丁醛的羟醛缩合反应，获得较高的收率和ee值，但应用于其他酮与醛后收率和选择性都显著降低。近年来研究趋向于通过醛缩酶来催化羟醛缩合，但是不同来源的醛缩酶所催化的具体缩合反应也有较大区别，目前尚未见催化异丁醛和乙醛酸羟醛缩合的醛缩酶的相关报导。

发明内容

针对现有技术中的以上问题，本发明提供一种高收率和高选择性的2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸的生物合成方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸的生物合成方法，其是以乙醛酸和异丁醛为原料，在产醛缩酶的复合微生物的催化下进行反应，制得2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸；所述复合微生物为假黄单胞菌、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌的复合菌。

本发明通过对产醛缩酶的微生物进行筛选，发现假黄单胞菌、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌组成的复合菌对乙醛酸和异丁醛的羟醛缩合反应具有较高的选择性，2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸的产率可达75％以上。有研究认为，枯草芽孢杆菌中醛缩酶的含量并不高，本发明却意外发现，将其和假黄单胞菌、植物乳杆菌复合后，对乙醛酸和异丁醛缩合反应的催化能力大大提高。

优选地，所述复合微生物中假黄单胞菌、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌的活菌数比为1:0.5-1:0.1-0.2。该菌数比对乙醛酸和异丁醛的缩合反应具有更优的催化效果。

具体地，本发明2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸的生物合成方法的步骤如下：在乙醛酸水溶液中，加入所述复合微生物，然后加入异丁醛进行缩合反应，反应结束后过滤除去所述复合微生物，得到2-羟基-3-甲基-3-甲酰基丁酸溶液。该方法在水体系中进行反应，减少有机溶剂的污染，反应结束后复合微生物催化剂通过过滤即可除去，操作简单，易于工业化应用。

优选地，所述乙醛酸水溶液中乙醛酸的浓度为50-650g/L，更优选的浓度为300-520g/L。优选的浓度既能够保证反应的充分进行，又能最大程度地提高生产效率。

优选地，所述复合微生物的用量为8-15g/L乙醛酸水溶液。本发明在较低的复合微生物用量下即可达到较高的产率。

优选地，所述缩合反应的条件为pH 1.5-8.5，15-40℃。该条件下有利于提高微生物的活性和反应速率。

优选地，所述乙醛酸与异丁醛的摩尔比为1:1-1.2。优选的原料比例在节约成本的前提下使反应充分进行。

优选地，所述异丁醛滴加至所述水溶液中，滴加时间为5-8h。异丁醛在水中的溶解性不高，采用滴加的方式既能使其与乙醛酸充分接触进行反应，又能减少副反应的发生，进一步保证目标产物的产率。

具体实施方式