丙酮酸的应用及合成研究进展.doc

丙酮酸的应用及合成研究进展吴晓燕（食品系生化101班14号）摘 要 ：丙酮酸是一种重要的有机酸,广泛应用于制药、日化、农用化学品和食品等工业中。本文从化学合成法，酶转化法，微生物发酵法介绍了丙酮酸合成现状及其研究进展,并对丙酮酸的发展前景进行了展望。关键词： 丙酮酸 应用 合成丙酮酸（Pyruvate），分子式CH3COCOOH，分子量88.06，原称焦性葡萄酸，是体内产生的三碳酮酸, 它是糖酵解途径的最终产物, 在细胞浆中还原成乳酸供能, 或进入线粒体内氧化生成乙酰CoA, 进入三羧酸循环, 被氧化成二氧化碳和水, 完成葡萄糖的有氧氧化供能过程。丙酮酸又称2- 氧代丙酸、- 酮基丙酸或乙酰基甲酸，为无色至淡黄色液体，呈醋酸香气和酸味，是最重要的- 氧代羧酸之一。1、 丙酮酸的应用丙酮酸不仅在生物能量代谢中具有十分重要的作用，而且是多种重要化合物的前体，因此，丙酮酸作为一种重要的精细化工中间体，广泛应用于医药、农药、食品等领域，尤其是作为医药中间体，具有良好的发展前景，其用途如表1 所示1。表1 丙酮酸( 盐) 及其衍生物的主要用途用途 示例制药工业 用于酶法合成L2色氨酸、L2酪氨酸、L2多巴,合成L2胱氨酸、L2亮氨酸、VB6 、VB12 ;合成血管紧张肽抗药、系列酶蛋白抑制剂、镇静剂、辛可芬、异烟肼丙酮酸钙、22苯基喹啉242羧酸、恩波吡维胺、磷酸烯醇丙酮酸、42甲唑甲酸、噻咪等。丙酮酸钙可用作减肥保健药品。合成治疗高血压的药物，蛋白酶抑制剂，杭病毒剂，镇静剂等。日化工业 丙酮酸乙酯可抑制表皮中的酪氨酸酶的形成,美白肌肤;可用作化妆品的防腐剂和抗氧化剂;用作空气清新剂农用化学品 是合成乙烯系聚合物、氢化阿托酸、谷物保护剂、成熟剂等多种农药的起始原料，作为杀菌剂，除草剂。食品、饲料工业 GB276021996 规定为酸味添加剂;作为添加剂具有防腐保鲜功能细胞培养 与乳酸组成抗氧化剂,降低对细胞的伤害,是动物细胞培养的重要底物生化试剂 用于伯醇及仲醇的检定;转氨酶的测定;是脂肪族胺的显色剂传感器与电子材料 与乳酸、锂构成人工胰脏,作为体外传感器测定葡萄糖的含量;丙酮酸酯类产品作为特种溶剂用于电子材料方面养殖业2 丙酮酸对改善心功能、增强机体抗氧化功能、调节反刍动物的瘤胃发酵类型以及提高采食量等方面都有积极地作用，对奶牛酮病有一定的预防和治疗效果2、 丙酮酸的合成方法3 丙酮酸合成方法有化学合成法，酶转化法和微生物发酵法。2.1化学合成法4由酒石酸与焦硫酸钾反应得到丙酮酸。先将酒石酸与焦硫酸钾充分搅匀后, 投入搪玻璃反应锅中, 用油浴加热至180 左右, 固体开始熔融, 并有大量泡沫上升, 开动搅拌器, 打散泡沫, 防止溢出。再升温至220 , 即有丙酮酸蒸出, 油温保持在245 , 待丙酮酸蒸完为止。将蒸出的红色酸性液体进行减压蒸馏, 收集沸程7580 / 25 mmHg 的馏份。用此法生产的丙酮酸适用于有机合成和生化研究。自1977 年日本研究所率先实现由酒石酸为原料化学合成法生产丙酮酸的工业化，丙酮酸工业化生产的历史已有30 余年。直至20 世纪90 年代，工业上还一直沿用化学法生产丙酮酸，产率可达到5055， 该法工艺简便易行，是国内生产丙酮酸的主要方法，但是化学方法生产的丙酮酸对环境污染比较严重，设备损耗大，且丙酮酸产品是消旋体、底物转化率低、生产成本高，缺乏市场竞争力。目前北京化工厂和上海试剂一厂采用此法生产丙酮酸。2.2 酶转化法Carsten Schinsche 和Helmut Simon 研究发现变形杆菌属中的Proteus vulgaris 和Proteus mirabilis 能有效水解(R) 2 乳酸, 产生丙酮酸。Ping Xu 等人也从土壤中筛得一株属于Edwardisella tarda biogroup 1 的菌株KY6 , 可转化DL2乳酸为丙酮酸。Dariush Hek2mat 等人采用酶膜反应器, 利用Proteus vulgarism 的细胞粗提物转化乳酸为丙酮酸。酶转化法虽然具有很大的优越性， 但是在工业化方面有较大的困难， 迄今还未见工业化生产成功的报道。2.3 微生物发酵法发酵法包括休止细胞法和直接发酵法。休止细胞法是利用微生物中某一种特定功能的酶完成由底物向丙酮酸的转化,而直接发酵法是直接利用微生物中的一系列酶完成由底物积累丙酮酸14 。Miyata 和Yonehara 以葡萄糖为底物,以Torulopsis glabrata IFO0005 为生产菌株,经过63 h 的发酵,丙酮酸产量达到了67. 8 gPL ,转化率为49. 4 % ,副产物包括乙醇4 gPL ,丙三醇5 gPL ,丙酮酸综合体(parapyruvic acid) 2 gPL 。江南大学的李寅等人研究了烟酸、硫胺素、吡哆醇、生物素和核黄素对Torulopsis glabrata WSH IP303 以葡萄糖为底物、以氯化铵为唯一氮源生产丙酮酸的影响。得到了维生素质量优化组合:烟酸8 mgPL 、硫胺素0. 0015 mgPL 、吡哆醇0. 4 mgPL 、生物素0. 04 mgPL和核黄素0. 1 mgPL 。以此优化组合后的浓度进行分批发酵实验,发酵56 h 丙酮酸产量达到了69. 4 gPL。发酵法生产丙酮酸的研究起始于20 世纪50 年代，具有污染小、以葡萄糖为底物比较安全、成本低、具有能被生物膜识别的左旋结构的光学活性、生物体利用率高等优点，是一条极有发展前景的方法，因此近年来人们把目光聚焦到发酵法生产丙酮酸的研究上。我国许多科研院所的科研人员多年来都在积极的研究发酵法生产丙酮酸， 积累了相当丰富的研究成果。参考文献1 刘立明,李寅,堵国成,陈坚. 生物技术法生产丙酮酸的研究进展J. 生物工程学报, 2002,(06) .2 薛俊欣，黄