利用酵母細(xì)胞生物轉(zhuǎn)化法合成天然2-苯乙醇的研究.pdf

1、2-苯乙醇是一種具玫瑰氣味的芳香醇，作為香料廣泛用于食品、日化和輕工等領(lǐng)域。人們對(duì)天然香料消費(fèi)需求的日益增長(zhǎng)，推動(dòng)了利用生物技術(shù)方法生產(chǎn)天然2。苯乙醇的研究。以發(fā)酵法或酶法生產(chǎn)的L-苯丙氨酸為前體，利用酵母細(xì)胞將其轉(zhuǎn)化為2-苯乙醇，產(chǎn)品具有天然屬性，可以取代從玫瑰或其它植物精油中提取的天然2。苯乙醇，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。本文以提高2-苯乙醇轉(zhuǎn)化濃度和生產(chǎn)率為目標(biāo)，從上、中、下游系統(tǒng)地研究了2-苯乙醇轉(zhuǎn)化合成工藝，大幅度提高了2-苯乙醇的

2、轉(zhuǎn)化濃度和生產(chǎn)率，為生物轉(zhuǎn)化法合成天然2-苯乙醇的工業(yè)化應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　 從15個(gè)酵母菌株中，篩選出1株對(duì)2-苯乙醇耐受性強(qiáng)、轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇濃度高的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)BD菌株，對(duì)其進(jìn)行純化并結(jié)合紫外誘變，得到釀酒酵母BD18菌株，在未經(jīng)優(yōu)化的培養(yǎng)基中，該菌株轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇濃度達(dá)到2.04 g/L，是1株適用于2-苯乙醇的生物轉(zhuǎn)化合成的理想菌種。
　　 采用單因

3、素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇的培養(yǎng)基組成、種子培養(yǎng)基組成和轉(zhuǎn)化培養(yǎng)條件，使得2-苯乙醇濃度有大幅度提高。搖瓶轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇的最佳工藝是：種子培養(yǎng)基組成為葡萄糖40 g/L、蛋白胨20 g/L、酵母浸出粉10g/L，裝量為40 mL/250mL三角瓶；轉(zhuǎn)化培養(yǎng)基組成為蔗糖120 g/L、酵母浸出粉5g/L、KH2PO47.5 g/L、K2HPO49.6 g/L、MgSO4·7H2O0.5 g/L，裝量為30 mL/250

4、mL三角瓶；種子培養(yǎng)基接種后于30℃培養(yǎng)24 h，按10％的接種量移種至轉(zhuǎn)化培養(yǎng)基，再加入10 g/L的L-苯丙氨酸；轉(zhuǎn)化體系于30℃、200 r/min條件下培養(yǎng)18 h，2-苯乙醇的濃度可達(dá)到4.64 g/L，摩爾產(chǎn)率為62.7％，生產(chǎn)率為0.26 g/(L·h)。
　　 采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析，建立了2-苯乙醇濃度與蔗糖、酵母浸出粉和L-苯丙氨酸之間的二次多項(xiàng)式回9j模型，模型具有較高的準(zhǔn)確性和

5、實(shí)用性，可為生物轉(zhuǎn)化法合成2-苯乙醇的最優(yōu)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。
　　 采用油酸萃取，聚丙二醇2000萃取和D101大孔樹(shù)脂吸附3種產(chǎn)物原位分離法轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇，2-苯乙醇的摩爾產(chǎn)率均有所提高。在油酸與培養(yǎng)基體積比為1:3，振蕩轉(zhuǎn)速為250 r/min，轉(zhuǎn)化溫度為30℃，底物濃度為14 g/L的條件下，轉(zhuǎn)化培養(yǎng)18 h，油酸和水相中2-苯乙醇的濃度分別達(dá)到14.9 g/L和1.74 g/L，2-苯乙醇的摩爾產(chǎn)率達(dá)到64.7％，

6、生產(chǎn)率達(dá)到0.37 g/(L·h)，較單一水相體系生物轉(zhuǎn)化合成2。苯乙醇的生產(chǎn)率0.26 g/(L·h)提高了44.3％。以聚丙二醇2000為萃取溶劑，加入體積與培養(yǎng)基體積比為1:2，底物濃度為12 g/L時(shí)，轉(zhuǎn)化18 h，聚丙二醇中的2-苯乙醇濃度可達(dá)11.1 g/L，摩爾產(chǎn)率為68.1％，生產(chǎn)率為0.31 g/(L·h)。在30 mL培養(yǎng)基中加入2g濕大孔樹(shù)脂D101，底物濃度為12 g/L，轉(zhuǎn)化24 h，2-苯乙醇總濃度可達(dá)6.1

7、7 g/L，其中3.15 g/L保留在培養(yǎng)基中，3.02 g/L吸附到D101中，摩爾產(chǎn)率達(dá)到69.5％，生產(chǎn)率為0.26 g/(L·h)。
　　 在SL發(fā)酵罐中，進(jìn)行常規(guī)水相體系、有機(jī)溶劑萃取法和大孔樹(shù)脂吸附法轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇的放大實(shí)驗(yàn)，取得的結(jié)果與搖瓶工藝相近，表明搖瓶轉(zhuǎn)化工藝放大較為容易。基于SL發(fā)酵罐生物轉(zhuǎn)化合成2-苯乙醇得到的菌體得率、2-苯乙醇濃度、蔗糖消耗實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了轉(zhuǎn)化過(guò)程中菌體生長(zhǎng)的Logistic模型、

8、2-苯乙醇生成的Luedeking-Piret模型和蔗糖消耗的Luedeking-Piret相似模型。3個(gè)動(dòng)力學(xué)模型具有較高的擬合精度，能準(zhǔn)確反映2-苯乙醇生物轉(zhuǎn)化過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)特征，可用于釀酒酵母轉(zhuǎn)化生產(chǎn)2-苯乙醇過(guò)程的預(yù)測(cè)。
　　 通過(guò)對(duì)多種有機(jī)溶劑的篩選，得出乙酸乙酯是萃取分離2-苯乙醇的最佳溶劑，其萃取的最佳相比0.5，萃取液經(jīng)減壓蒸餾除去乙酸乙酯，便得到提純的2-苯乙醇，收率為93.6％，純度可以達(dá)到90.7％。靜態(tài)吸