多粘类芽孢杆菌同步糖化发酵玉米粉生产(R,R)-2,3-丁二醇*

0引言

【研究意义】2,3-丁二醇(2,3-butanediol)在化工、能源、食品、医药等领域具有广泛的应用价值，其微生物发酵生产是现代生物化工的重要课题。2,3-丁二醇氧化脱氢可生成高价值食品风味剂2,3-丁二酮，或者选择性氧化获得3-羟基-2-丁酮[1-2]，后者可作为医药中间体和食用香料，目前应用前景较好；2,3-丁二醇与乙酸反应生成的二乙酸-2,3-丁二醇酯是水果香气物质的重要成分；另外，2,3-丁二醇脱水可生成甲乙酮、1,3-丁二烯，前者可作为一种高价值的液体燃料添加剂和低沸点溶剂，后者可用于合成橡胶和树脂；此外，2,3-丁二醇可作为液体燃料、辛烷值提升剂，或可用于合成聚酯、聚氨酯等高附加值产品[3-4]。据专家推测，2,3-丁二醇关键下游产品潜在的市场容量达到3200 万t/年，价值430亿美元[5]。2,3-丁二醇存在3种立体异构体，分别是(R,R)-2,3-丁二醇、(S,S)-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇[6-7]。单一构型的(R,R)-2,3-丁二醇不仅具有混旋型2,3-丁二醇的基本功能，而且在不对称合成方面优势突出，是合成手性试剂和手性配体的重要前体，在高价值手性电子材料、医药和农药中间体的合成中应用广泛[8-10]。此外，(R,R)-2,3-丁二醇凝固点较低(-60℃)，是一种优良的高级抗冻剂[8-9]。传统的(R,R)-2,3-丁二醇化学合成法存在使用化石原料、环境污染严重和手性拆分成本高昂等问题，难以实现大规模低成本生产[11]。开发微生物法利用可再生资源高效合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇的研究有利于提升该产业竞争力和拓展下游产业链。【前人研究进……