酶法合成L酒石酸的研究进展

1、良品添加剂i警墨毒飘辕麟霸譬黪黪黪§憩§雾黪簿缡警誊?|j|合成L(+一酒石酸的研究进展楼锦芳,张建国(浙江大学生命科学学院,杭州310027摘要:L(+一酒石酸是一种重要的食品添加剂,主要有4种合成方法,其中酶法合成L(+一酒石酸的工业化应用价值最高。综述了酶法合成L(+一酒石酸的反应机理、影响因素、顺式环氧琥珀酸水解酶(cisepoxysuccinate hydmlase,简称EsH的性质及其产生菌,固定化细胞生产的最新研究进展,并展望了酶法合成L(+一酒石酸的应用前景和发展趋势。关键词:L(+一酒石酸;顺式环氧琥珀酸水解酶;酶法合成中图分类号:TS202.3文献标识码

2、:B文章编号:10059989(200611016203Research onmicrobiaI productions of L(+一Tartaric acldLoU JiIlfang,Zhang Jianguo(Department of L.fe Science,Zhejiang UniVersity,Hangzhou310027Abstract:L(+一Tartaric acid is used as a food additive,廿1ere are p rima r.Iy four kinds of methods to synthesize it,thereinto microb

3、iaI produCtions of L(十一Tartaric acid haVe superceded chemical synthesize due to ecoIogical and ecOnOmical advan协ges.This paper synthe“caIly desc ribe theO哼0f the biotransfomlation,propenies0f cIsepoxysuccinate hydrolase(ESH for short,bacte r-a specjes of producing ESH,research aCtua¨ty inland a

4、nd abrOad,and the VariOuS applicatiOns in industry.Key words:L(+一Ta一c acid.clsepoxysuccinate hydroIase;mlcrobiaI biotransformationL(+一酒石酸(又称d一酒石酸;化学名称为右旋一2, 3一二羟基琥珀酸,是酒石酸4种异构体中最为重要的一种,也称为天然有机酸,广泛分布于自然界,特别是葡萄和罗望子果中。是一种重要的食品添加剂,主要是作为饮料、糖果及果酱等食品的酸味剂,亦可用作防腐剂和稳定剂,此外它在制药工业、在电镀、制革等行业也有广泛的用途。1Lf+1一酒石酸生产方法目前

5、生产L(+一酒石酸主要有4种方法:(1抽提法: 1769年.瑞典化学家Scheele从制造葡萄酒获得的酒石中提炼得到L(+一酒石酸,这是最早生产L(+一酒石酸的方法,也是现在主要生产方法;(2糖质发酵法: 1929年佳木首先报道Aspergillus glaucus以葡萄糖为原收稿日期:2006一042l作者简介:楼锦芳,女,硕士研究生。料,利用微生物发酵能使葡萄糖变成L(+酒石酸, 1968年山田浩一等采用Gluconobacter Suboxvans直接发酵生产L(+一酒石酸,产酸14.79/L,转化率为29%, 1972年Kotera等报道了弱氧化葡萄糖杆菌在葡萄糖基质上能产生L(+一酒

6、石酸【l】,酒石酸的最高产率是投入葡萄糖的30%;(3化学拆分法:1973年Ivanov等用化学法合成消旋酒石酸,经拆分可各得50%的右旋和左旋酒石酸【2】,但拆分工作比较因难.而且还有50%的左旋酒石酸市场尚未打开,因此生产成本较高3】;(4酶法合成:1974年佐藤英次等人采用酶法合成Lf+1一酒石酸,就是用化学合成的顺式环氧琥珀酸盐作为生产L (+一酒石酸的前体,在含有顺式环氧琥珀酸水解酶(EsH的微生物作用下,使前体水解为L(+一酒石酸盐,而不产生其它副产物。1977年Yeshlo Kamteut在 酶法合成L(+-酒石酸的研究进展作者:楼锦芳, 张建国, LOU Jin-fang, Z

7、hang Jian-guo作者单位:浙江大学生命科学学院,杭州,310027刊名:食品科技英文刊名:FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY年,卷(期:2006,31(11被引用次数:0次参考文献(18条1.Kotera U查看详情 1972(082.Ivanov M A查看详情3.Lola Kokila Optical Resolution of DL-Tartaric Acid Mediated by Diastereomeric Salts Crystalization:A Useful Method for Exploring and Optimizing Experim

8、ental Conditions期刊论文-Chemical Engineering 2002(024.潘克侠产顺式环氧琥珀酸水解酶的红球菌M1菌株的分离鉴定及其产酶条件优化期刊论文-微生物学报2004(035.彭华松微生物环氧水解酶在有机合成中的应用期刊论文-微生物学通报 2003(026.彭华松环氧水解酶的研究进展期刊论文-分子催化 2003(017.毛庆静诺卡氏菌催化环氧琥珀酸水解反应的影响因素期刊论文-华东理工大学学报(自然科学版 2003(038.M Rosenberg Production of L-tartaric acid by immolized bacterial cells

9、 Nocardia tartaricans 19999.Mikova H Influence of molybdate and tungstateions on activity of cis-epoxy succinate hydrolase in Nocardia tartaricans 1998(0910.肖海军固定化酶及其应用研究进展期刊论文-生物学通报 2001(0711.刘秀伟酶固定化研究进展期刊论文-化工技术经济 2003(0412.郑璞固定化诺卡氏菌细胞生产L(+酒石酸的研究 1995(0413.张建国棒状杆菌固定化细胞生产L(+酒石酸期刊论文-生物工程学报 2000(0214

10、.Alica VikartovskáFlow Calorimetry-A Useful Tool for De termination of Immobilized cis-Epoxysuccinate Hydrolase Activity from Nocardia tartaricans 2004(0115.M Bucko Bioencapsulation of whole cells with cis-epoxysuccinate hydrolase activity in sodium alginate-cellulose suffate-poly (methylene-co

11、-guanidine capsules using highly contrllled immobilization process 2004(6a16.Marek Bucko Immobilization of a whole-cell epoxide-hydrolyzing biocatalyst in sodium alginate-cellulose sulfate-poly(methylene-co-guanidine capsules using a controlled encapsulation process 2005(0117.M Bucko Stability and p

12、ermeability of sodium alginate-cellulose sulfate-PMCG capsules loaded with Nocardia tartaricans cells 200618.Richard Plantier-Royon Synthesis of functionalized bis-amides of L (+-tartaric acid and application as copper (ligands 2004(02相似文献(7条优化-微生物学报2004,44(3从土壤中筛选到一株产顺式环氧琥珀酸水解酶(ESH的菌株,经生理生化、Biolog碳

13、源利用试验和16S rDNA序列分析系统发育研究,菌株可能为赤红球菌(Rhodococcus ruber M1.摇瓶试验确定了最佳碳源、氮源、顺式环氧琥珀酸二钠添加时间和添加量.正交优化试验的最佳培养基和培养时间为:葡萄糖1.2%,硫酸铵0.6%,酵母膏0.5%;顺式环氧琥珀酸二钠投加时间为30h,投加量为3.58%;菌体培养时间70h.摇瓶试验ESH酶活达750U/g湿细胞.目前该菌株已经应用于固定化细胞连续生产L(+酒石酸.ping.SU Zhi-guo顺式环氧琥珀酸水解酶酶活的快速测定方法-中国农业科技导报2010,12(1在对产顺式环氧琥珀酸水解酶(ESH的细胞超声破碎的基础上,通过正

14、交实验对细胞中ESH生物转化生产L(+-酒石酸过程中的底物浓度、酶浓度、转化时间进行了分析,建立了一种快速测定ESH酶活的方法,即1 g湿细胞,30 mL0.2 mol/L的顺式环氧琥珀酸二钠(ES,置于37保温转化10 min后,利用HPLC测定酒石酸含量.此方法具有快速、准确和细胞用量少的特点,可用于菌种选育、发酵过程检测、发酵条件优化及工业生产.以卡拉胶为载体,固定化棒状杆菌(Corynebacterium sp.JZ-1菌株细胞,再经活化处理,顺式环氧琥珀酸水解酶(ESH酶活力总回收率在100%以上.摇瓶反应10批,酶活力没有明显降低.1500L酶柱中连续运行90d,酶稳定性很好.固定

15、化后酶反应的最适温度(45和最适pH(9.0没有改变,而热稳定性、pH稳定性增强.5.学位论文潘克侠产ESH酶的红球菌M1的分离鉴定、系统发育、产酶条件、细胞固定及其发酵放大研究2004该研究从土壤中筛选到一株产顺式环氧琥珀酸水解酶(ESH的菌株,经生理生化试验、Biolog碳源利用试验和16S rDNA序列分析系统发育研究,该菌株应为赤红球菌(Rhodococcus ruberM1.摇瓶试验确定了最佳碳源、氮源、顺式环氧琥珀酸二钠添加时间和添加量.正交试验优化的最佳培养基和培养时间为:葡萄糖1.2%,硫酸铵0.6%,酵母膏0.5%;顺式环氧琥珀酸二钠投加时间为30h,投加量为3.58%;菌体

16、培养时间70h.摇瓶试验单位湿细胞内ESH酶活达M1在不同的发酵罐中随着发酵环境的变化,菌体的生长以及产酶的规律差别较大.通过提高培养基的磷酸盐含量、二次补加高pH值的诱导剂以及补加部分有机氮,有效的解决了5000L发酵时菌株在发酵中期发酵液pH值不能回升和产酶较低的问题.分析认为,可能随着环境的改变,菌株产酶需要较高的磷源以及有机氮源才能有效的产酶.该研究采用-卡拉胶-魔芋多糖-羧甲基纤维素钠复合体系进行产ESH酶的红球菌的细胞固定化研究,并采用戊二醛-KCl混合溶液处理固定化细胞.正交试验表明,复合体系最佳组合为卡拉胶0.12%,魔芋多糖0.2%,羧甲基纤维素钠0.3%;处理液成分以及最佳

17、处理时间为,戊二醛0.5%,KCl 1.0%,处理时间为1h.扫描电镜图片显示,综合处理没有对细胞形态产生明显影响,胶体的网络结构呈特殊的网络互穿穴状结构,有利于菌体的包埋.试验表明固定后细胞酶活没有损失,连续30d固定化细胞活性没有明显变化.菌株M1的菌体经固定化放大处理后,立即上柱反应32d内反应液酶活基本稳定.采用渗透交联方法处理固定化棒状杆菌,并利用细胞内酶顺式环氧琥珀酸水解酶催化生产L(+酒石酸.确定了最佳渗透交联固定化条件:多乙烯多胺浓度1.25%,作用30min;戊二醛浓度0.75%,作用15min.固定化细胞内酶转化的最适条件:底物浓度为0.51.0mol/L;pH8.0;温度

18、3742.结果发现,经渗透交联处理的固定化细胞酶活力比未处理的提高5倍多.而且固定化细胞的颗粒硬度提高10倍多,保存期也有较大提高.7.学位论文楼锦芳顺式环氧琥珀酸水解酶的研究2006酶法合成L(+-酒石酸是目前L(+-酒石酸生产中工业化应用价值很高的一种方法,顺式环氧琥珀酸水解酶(cis-epoxysuccinatehydrolase,ESH就是当中起关键作用的水解酶。本文综述了酶法合成L(+-酒石酸的反应机理、影响因素,探讨了顺式环氧琥珀酸水解酶的性质,酶的固定化生产技术以及顺式环氧琥珀酸水解酶的最新研究进展。本文对含顺式环氧琥珀酸水解酶的固定化棒状杆菌(Corynebacteriumsp.JZ-1菌株细胞进行研究,得出在底物顺式环氧琥珀酸钠溶液PH值为8.0,酶反应温度为37,振荡频率为100r/min,且无任何其他试剂存在情况下,固定化棒状杆菌细胞中顺式环氧琥珀酸水解酶的米氏常数Km