利用大肠杆菌全细胞生物催化生产香叶基葡萄糖的双相反应体系的合理选择
摘要：香叶基葡萄糖苷是一种单萜类香叶基的高价值衍生物，在香精香料工业中有多种应用，可通过表达葡萄糖基转移酶VvGT14a的大肠杆菌全细胞生物催化剂对香叶醇进行全细胞生物转化生产。然而，由于香叶醇的低水溶性和高细胞毒性，需要设计一种合适的双相体系，使第二相，即非水相作为原位基质储层。本研究采用合理的选择方法，通过香叶醇的全细胞生物转化，为香叶基葡萄糖苷的生产选择合适的分离相。以汉森溶解度参数和辛醇/水分配系数为第一原则，结合广泛的数据库研究，预先选择12个液相和6个固相分离相。随后，通过实验方法确定了香叶醇和香叶基葡萄糖苷的物化特征和相之间的分布。此外，分离相对全细胞生物催化剂和产生的香叶苷糖苷浓度的影响也在毫升级搅拌罐生物反应器的平行生物转化过程中进行了测量。肉豆蔻酸异丙酯具有粘度低，水溶性差，价格低廉，与全细胞生物催化剂相容性好等优点，是最佳选择。含有20%（v/v）溶剂的两相体系促进了香叶基葡萄糖苷的生产（相比水体系，香叶基葡萄糖苷浓度增加了4.2倍），并显示出香叶基葡萄糖苷在有机相（logD为2.42plusmn;0.03）和水相（logD为-2.08plusmn;0.05）中的有利分配。系统地选择合适的双相体系是开发香叶醇生物新工艺的基础。此外，本研究可作为其他全细胞生物转化过程中选择分离相的参考。
关键词：全细胞生物转化 香叶醇 香叶基葡萄糖苷
双相系统 分离相 生物催化作用
一、介绍
玫瑰香型单萜香叶醇具有广泛的应用前景香精香料行业，但水溶性差，香气降解快，为进一步提高其质量，需要限制和控制香味的挥发。一种稳定的方法是糖基化单萜类化合物，产生高水溶性，无臭的香叶基葡萄糖苷。在表皮微生物水解酶的催化下，或在加热或pH值变化的触发下，糖苷键的裂解导致香味的缓慢释放。传统的化学合成方法存在一些不足之处，而除此之外，还可以利用植物源性糖基转移酶进行酶促糖基化反应。这些糖基转移酶可在大肠杆菌中重组表达，可用于香叶醇的后续全细胞生物转化。为了保证UDP-葡萄糖的高效再生，设计以全细胞催化剂代替分离酶的工艺具有一定的优势。核苷二磷酸糖作为糖基转移酶的共底物，催化糖基部分从UDP-葡萄糖转移到底物分子。
底物香叶醇水溶性差（20℃时为0.686 g Lminus;1），并且具有细胞毒性。克服这些限制的一种策略是采用双相体系，其中非水相作为基质的隔离相，从而降低水相中香叶醇的浓度。目标化合物从非水相向水相的连续转移是由全细胞生物催化剂的代谢活动和双相体系热力学平衡的保持所驱动的。当设计一个双相生物催化过程时，需要一个系统的选择策略来决定可用的非水相的种类，如有机溶剂，吸附剂和吸附剂聚合物或离子液体。以离子液体正己基吡啶双（三氟甲基磺酰基）亚胺为隔离相，在单相体系和双相反应体系中均实现了香叶醇全细胞生物催化生产香叶基葡萄糖苷的研究。然而，目前还没有系统的方法来选择合适的非水相进行香叶醇的生物转化。
因此，本研究的目的是为香叶醇的全细胞生物转化鉴定方便的分离相。用表达葡萄糖苷转移酶VvGT14a的大肠杆菌作为全细胞生物催化剂，通过高密度培养（HCDC）生产。在平行搅拌罐生物反应器系统中进行了毫升级的生物转化。根据理论选择分离相，根据香叶醇和香叶基葡萄糖苷在两相间的分布，理化性质，对全细胞生物催化剂行为的影响以及对香叶醇生物转化的影响进行比较。总之，对液-液和固-液反应体系进行了分析和比较。
- 材料与方法
2.1化学品及微生物
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