β -苯乙醇还作为一种重要的医药中间体在医药领域中被广泛应用,通过β -苯乙醇用于其他重要的药品生产过程中,并且充当着许多药物的有效成分比如苯乙醇苷、羟基苯乙醇等。β -苯乙醇同样还常常被应用于精细化工行业生产其衍生物,它所生产的衍生产物乙酸苯乙酯,同样也是具有很高价值的香料物质。随着如今石油化石资源的缺乏,利用可再生资源合成的苯乙醇来生产合成苯乙烯在材料行业同样具有很高的研究价值和前景。
1。2 β-苯乙醇国内外研究现状
1。3 β -苯乙醇的相关代谢途径
1。3。1 Ehrlich途径
大多数微生物, 特别是酵母菌,产生β-苯乙醇都能通过正常的代谢途径, 但产量往往都很低,若向培养基中加入前体物质L-苯丙氨酸,β-苯乙醇的产量能得到大幅提高。这条途径早在1907年就被艾利希发现并加以阐述, 之后由他的名字命名[6]。L-苯丙氨酸首先通过转氨酶作用形成苯丙酮酸, 苯丙酮酸在苯丙酮酸脱羧酶作用下脱羧形成苯乙醛, 苯乙醛再通过醇脱氢酶催化生成β-苯乙醇。艾利希在描述这条途径时同时指出, 加入的L-苯丙氨酸的量与最终得到的β-苯乙醇的产量之间存在紧密联系。这条途径是目前市面上所使用率最高的微生物转化生产β-苯乙醇的主要途径。
另外,L-苯丙氨酸也可以先由脱羧酶脱羧生成苯乙胺,然后再利用氧化脱氨基为苯乙醛,最后再还原成β-苯乙醇,该途径虽然在β-苯乙醇的研究过程中很少被提及,但是仍是微生物转化形成目标产物β-苯乙醇的一种方式。目前工业化生物合成β-苯乙醇几乎都是利用Ehrlich途径这一原理,其优点在于此路径代谢流较为单一,有利于定性改造。通过分子生物学方法,改造其中的基因就可表达路径中所涉及到的三种关键酶来提高产物产量。
β-苯乙醇Ehrlich途径
1。3。2 β-苯乙醇从头合成途径
β-苯乙醇的从头合成途径主要通过莽草酸途径,该途径与苯丙氨酸的合成有一定的一致性,葡萄糖在合成β-苯乙醇的过程中,首先将其中最为重要的中间代谢产物莽草酸进行合成,莽草酸再经过一定步骤最后合成β-苯乙醇。该途径可以分为两大阶段:第一阶段是中间产物L-苯丙氨酸的合成,即通过莽草酸途径生成苯丙酮酸后生物转化为L-苯丙氨酸;第二个阶段就是L-苯丙氨酸最终的转化途径,也就是根据上述提到的Ehrlich途径合成最后目标产物β-苯乙醇。
从头合成β-苯乙醇途径在理论上支持了只是利用葡萄糖作为底物来转化形成目标产物,虽然在如今工业生产过程中依旧会选择采用风险比较小的L-苯丙氨酸作为底物来合成,但L-苯丙氨酸的价格相对于葡萄糖来说太高。随着如今的生产技术越来越成熟,生物合成β-苯乙醇的价格有可能会降低,这就会导致利用L-苯丙氨酸合成β-苯乙醇的利润空间变得更小,使得许多工厂试图只凭借葡萄糖作为底物原料去从头合成β-苯乙醇。
目前为了能够建立低成本大批量产β-苯乙醇的的方式,该途径越来越具有而且该途径中的原料葡萄糖可以再生糖基化产物,其优点在于具备可持续生产的特点,使得该方法在工业化生产β-苯乙醇中有更好的竞争力。
1。3。3 苯丙酮酸途径
葡萄糖经过糖酵解以及磷酸戊糖途径,再经过莽草酸途径从莽草酸、分支酸、预苯酸的中间体苯丙酮酸,然后可以利用Ehrlich途径生物转化形成β-苯乙醇,其实在其他很多的代谢途径中都部分包含了苯丙酮酸途径,所以苯丙酮酸途径可以相当于是这些途径的一个交叉途径。