一种甘露醇的生物制备方法技术

本发明专利技术公开了一种甘露醇的生物制备方法。本发明专利技术所要保护的体外多酶催化反应制备甘露醇的方法，包括以淀粉和/或淀粉衍生物为底物，采用用于制备甘露醇的组合物进行多酶催化反应得到甘露醇的步骤。所述用于制备甘露醇的组合物为组合物X、组合物Y或组合物Z。所述组合物X含有酶X，所述酶X是活性成分为淀粉磷酸化酶、葡萄糖磷酸变位酶、磷酸葡糖异构酶、甘露醇1

【技术实现步骤摘要】
一种甘露醇的生物制备方法


[0001]本专利技术涉及生物
，具体涉及一种甘露醇的生物制备方法。

技术介绍

[0002]D
‑
甘露醇(以下简称甘露醇)又名D
‑
甘露糖醇、己六醇、虫草酸、D
‑
木蜜醇，是一种天然化合物，广泛存在于自然界的多种细菌、真菌、藻类和植物中。
[0003]甘露醇广泛应用于食品、制药、化工等领域。在食品工业方面，甘露醇吸水性小，并具有爽口的甜味，可用于口香糖、年糕等食品的防粘；在制药工业方面，甘露醇进入体内后能提高血浆渗透压，使组织脱水，可降低颅内压和眼内压，也是良好的利尿剂；在化工领域，以甘露醇为起始剂加压而制成的聚甘露醇
‑
氧化丙烯醚广泛应用于塑料行业中，而由硬脂酸与甘露醇酯化反应制得硬脂酸甘露醇酯可作为工业乳化剂和分散剂等。
[0004]目前，应用最广泛的生产甘露醇的方法为化学合成法，以镍作为催化剂，在高温高压条件下，以淀粉、蔗糖或果葡糖浆等为原料，通过催化加氢制备得到甘露醇。该方法原料来源稳定，生产期限不受限制，然而化学催化法的选择性较低，在反应过程中产生大量副产物D
‑
山梨醇。例如，使用蔗糖水溶液甲酸水解成葡萄糖和果糖再进行催化氢化反应的方法获得的实际产物中，山梨醇占80％，而甘露醇仅占20％(吴国荃等.2004.化工技术经济(04):4
‑
6.)从海藻、海带等天然物质中提取甘露醇是另一种工业生产甘露醇的方法，该方法可得到单一的甘露醇，然而受到原料资源、提取收率、气候条件、能源消耗等限制。微生物发酵生产甘露醇具有反应选择性高、反应条件温和、能耗低等优势，但存在微生物工程菌代谢改造困难、易产生代谢副产物等缺点。
[0005]因此，亟待开发一种低成本、高产率的生产甘露醇的新方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是如何通过体外多酶反应体系催化生产甘露醇或如何提高生产甘露醇的产物收率。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术首先提供了体外多酶催化反应制备甘露醇的方法。
[0008]所述方法包括以淀粉和/或淀粉衍生物为底物，采用用于制备甘露醇的组合物进行多酶催化反应，得到甘露醇的步骤；所述多酶催化反应的温度为25
‑
70℃，pH值为5.0
‑
8.5，催化反应的时间为1
‑
72小时。
[0009]所述用于制备甘露醇的组合物为组合物X、组合物Y或组合物Z；所述组合物X含有酶X，所述酶X是活性成分为淀粉磷酸化酶、葡萄糖磷酸变位酶、磷酸葡糖异构酶、甘露醇1
‑
磷酸脱氢酶、甘露醇1
‑
磷酸酶和甲酸脱氢酶的组合物；所述组合物Y含有酶Y，所述酶Y是活性成分为所述组合物X和异淀粉酶的组合物；所述组合物Z含有酶Z，所述酶Z是活性成分为所述组合物X、异淀粉酶、4
‑
α
‑
转葡糖苷酶和聚磷酸葡萄糖激酶的组合物。
[0010]所述淀粉磷酸化酶可为如下A1)、A2)、A3)或A4)的蛋白质：
[0011]A1)氨基酸序列是序列表中序列1的蛋白质，
[0012]A2)氨基酸序列是序列表中序列1的第21
‑
817位的蛋白质，
[0013]A3)在A1)或A2)所示的蛋白质的羧基端或/和氨基端融合蛋白标签得到的融合蛋白，
[0014]A4)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的且具有相同功能的由A1)或A2)衍生的或与A1)或A2)所示的蛋白质具有80％以上的同一性的蛋白质。
[0015]所述葡萄糖磷酸变位酶可为如下B1)、B2)、B3)、B4)或B5)的蛋白质：
[0016]B1)氨基酸序列是序列表中序列2的蛋白质，
[0017]B2)氨基酸序列是序列表中序列2的第330
‑
921位的蛋白质，
[0018]B3)氨基酸序列是序列表中序列2的第344
‑
921位的蛋白质，
[0019]B4)在B1)或B2)或B3)所示的蛋白质的羧基端或/和氨基端融合蛋白标签得到的融合蛋白，
[0020]B5)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的且具有相同功能的由B1)或B2)或B3)衍生的或与B1)或B2)或B3)所示的蛋白质具有80％以上的同一性的蛋白质。
[0021]所述磷酸葡糖异构酶可为如下C1)、C2)、C3)、C4)或C5)的蛋白质：
[0022]C1)氨基酸序列是序列表中序列3的蛋白质，
[0023]C2)氨基酸序列是序列表中序列3的第330
‑
788位的蛋白质，
[0024]C3)氨基酸序列是序列表中序列3的第341
‑
788位的蛋白质，
[0025]C4)在C1)或C2)或C3)所示的蛋白质的羧基端或/和氨基端融合蛋白标签得到的融合蛋白，
[0026]C5)将序列表中序列3所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的且具有相同功能的由C1)或C2)或C3)衍生的或与C1)或C2)或C3)所示的蛋白质具有80％以上的同一性的蛋白质。
[0027]所述甘露醇1
‑
磷酸脱氢酶可为如下D1)、D2)、D3)或D4)的蛋白质：
[0028]D1)氨基酸序列是序列表中序列4的蛋白质，
[0029]D2)氨基酸序列是序列表中序列4的第1
‑
382位的蛋白质，
[0030]D3)在D1)或D2)所示的蛋白质的羧基端或/和氨基端融合蛋白标签得到的融合蛋白，
[0031]D4)将序列表中序列4所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的且具有相同功能的由D1)或D2)衍生的或与D1)或D2)所示的蛋白质具有80％以上的同一性的蛋白质。
[0032]所述甘露醇1
‑
磷酸酶可为如下E1)、E2)、E3)或E4)的蛋白质：
[0033]E1)氨基酸序列是序列表中序列5的蛋白质，
[0034]E2)氨基酸序列是序列表中序列5的第35
‑
343位的蛋白质，
[0035]E3)在E1)或E2)所示的蛋白质的羧基端或/和氨基端融合蛋白标签得到的融合蛋白，
[0036]E4)将序列表中序列5所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的且具有相同功能的由E1)或E2)衍生的或与E1)或E2)所示的蛋白质具
有80％以上的同一性的蛋白质。
[0037]上述甘露醇1
‑
磷酸酶是使所述甘露醇1
‑
磷酸酶的编码基因在生物中进行表达得到的，所述生物可为所述埃希氏菌属细菌。所述埃希氏菌属细菌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.体外多酶催化反应制备甘露醇的方法，其特征在于：所述方法包括以淀粉和/或淀粉衍生物为底物，采用用于制备甘露醇的组合物进行多酶催化反应，得到甘露醇的步骤；所述多酶催化反应的温度为25
‑
70℃，pH值为5.0
‑
8.5，催化反应的时间为1
‑
72小时；所述用于制备甘露醇的组合物为组合物X、组合物Y或组合物Z；所述组合物X含有酶X，所述酶X是活性成分为淀粉磷酸化酶、葡萄糖磷酸变位酶、磷酸葡糖异构酶、甘露醇1
‑
磷酸脱氢酶、甘露醇1
‑
磷酸酶和甲酸脱氢酶的组合物；所述组合物Y含有酶Y，所述酶Y是活性成分为所述组合物X和异淀粉酶的组合物；所述组合物Z含有酶Z，所述酶Z是活性成分为所述组合物X、异淀粉酶、4
‑
α
‑
转葡糖苷酶和聚磷酸葡萄糖激酶的组合物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述组合物X还含有磷酸盐、辅酶、甲酸盐和/或镁盐；所述组合物Y还含有磷酸盐、辅酶、甲酸盐和/或镁盐；所述组合物Z还含有聚磷酸盐；所述组合物Z还含有磷酸盐、辅酶、甲酸盐和/或镁盐。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的至少一种；所述辅酶为NADH、NAD+、NADPH、NADP+中的至少一种；所述甲酸盐为甲酸钠、甲酸钾、甲酸铵、甲酸钙中的至少一种；所述镁盐为氯化镁和/或硫酸镁；所述聚磷酸盐为六偏磷酸钠和/或三聚磷酸钠。4.根据权利要求1
‑
3中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述淀粉和/或淀粉衍生物为可溶性淀粉、可溶性直链淀粉、可溶性支链淀粉、淀粉糊精、麦芽糊精和/或麦芽多糖。5.根据权利要求1
‑
4中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述多酶催化反应为多酶催化反应L、多酶催化反应M或多酶催化反应N；所述多酶催化反应L中，所述用于制备甘露醇的组合物为组合物X；所述多酶催化反应M中，所述用于制备甘露醇的组合物为组合物Y；所述多酶催化反应N中，所述用于制备甘露醇的组合物为组合物Z。6.根据权利要求1
‑
5中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述多酶催化反应为多酶催化反应L，所述多酶催化反应L为分步进行催化或同时进行催化；所述淀粉和/或淀粉的衍生物的浓度为1
‑
200g/L；所述淀粉磷酸化酶的浓度为0.1
‑
10U/mL；所述葡萄糖磷酸变位酶的浓度为0.1
‑
10U/mL；所述磷酸葡糖异构酶的浓度为0.1
‑
10U/mL；所述甘露醇1
‑
磷酸脱氢酶的浓度为0.1
‑
10U/mL；所述甘露醇1
‑
磷酸酶的浓度为0.1
‑
10U/mL；所述甲酸脱氢酶的浓度为0.1
‑
10U/mL；所述辅酶的浓度为0.005
‑
60mM；所述甲酸盐的浓度为10
‑
2000mM；所述磷酸盐的浓度为1
‑
150mM；所述镁盐的浓度为0.1
‑
20mM；所述多酶催化反应L的反应温度为25
‑
70℃，pH值为5.0
‑
8.5，所述同时进行催化的时间为1
‑
48小时；或，所述多酶催化反应为所述多酶催化反应M，所述多酶催化反应M为分步进行催化，所述异淀粉酶的催化步骤中，淀粉和/或淀粉的衍生物的浓度为1
‑
500g/L，异淀粉酶的浓度为0.1
‑
10U/mL，镁盐的浓度为0.01
‑
10mM，反应温度为10
‑
99℃，pH值为4.0
‑
8.5，催化反应的时间为0.1
‑
72小时；
所述多酶催化反应M为同时进行催化，所述淀粉和/或淀粉的衍生物的浓度为1
‑
200g/L；所述多酶催化反应M的反应温度为25
‑
70℃,pH值为5.0
‑
8.5,所述同时进行催化的时间为1
‑
72小时；或，所述多酶催化反应为所述多酶催化反应N，所述多酶催化反应N为分步进行催化，所述4
‑
α
‑
转葡糖苷酶和聚磷酸葡萄糖激酶的催化步骤中，所述4
‑
α
‑
转葡糖苷酶的浓度为0.1
‑
10U/mL，所述聚磷酸葡萄糖激酶的浓度为0.1
‑
10U/mL，所述聚磷酸盐的浓度为0.01
‑
20mM，所述4
‑
α
‑
转葡糖苷酶和/或聚磷酸葡萄糖激酶催化反应的反应温度为25
‑
70℃，pH值为5.0
‑
8.5，催化反应的时间为0.5
‑
30小时；所述多酶催化反应N为同时进行催化，所述淀粉和/或淀粉的衍生物的浓度为1
‑
200g/L；所述多酶催化反应M的反应温度为25
‑
70℃,pH值为5.0
‑
8.5,所述同时进行催化的时间为1
‑
72小时。7.根据权利要求1
‑
6中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述多酶催化反应为多酶催化反应L，所述多酶...

【专利技术属性】
技术研发人员：游淳，魏欣蕾，
申请(专利权)人：中国科学院天津工业生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：