D-(+)-甘油醛是最早发现的一种具有光学活性的醛糖化合物,其分子中含有一个手性碳原子。D-(+)-甘油醛具有调节血糖和抗菌作用,是一种重要的中间体,有着广泛的市场应用前景,在医药、化学品和天然产物合成中具有相当重要的地位,可以产生多种类型的衍生物。而甘油作为生物柴油工业的副产物不仅容易获得而且价格低廉,因此,利用甘油制备D-(+)-甘油醛是一条理想的生产途径。目前,D-(+)-甘油醛主要是以贵金属(如Au、Pd、Pt)为催化剂依靠强氧化剂氧化甘油制备,该工艺不仅副产物多,而且存在易燃、易爆的安全问题以及催化剂昂贵、重金属污染等缺点。采用生物方法合成D-(+)-甘油醛可以有效解决上述问题。
合成进展
甘油脱氢酶(glycerol dehydrogenase)、乙醇氧化酶(alcohol oxidase)、乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase)、糖醇氧化酶(alditol oxidase)等酶类，有催化甘油产生D-(+)-甘油醛的潜在可能。Richter等利用甘油脱氢酶和葡萄糖脱氢酶(glucose dehydrogenase)共表达的全细胞催化体系合成L-甘油醛,甘油转化率可以达到54%;Nguyen等的研究表明改造黄孢原毛平革菌(Phanerochaele chrysosporium)的乙醇氧化酶可以提高催化甘油形成甘油醛的效率;Habe等用膜结合乙醇脱氢酶通过发酵法催化甘油生成D-(+)-甘油醛最终形成D-甘油酸;Chen等用一锅法制备阿洛酮糖时,检测到天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)的糖醇氧化酶可以催化甘油形成D-(+)-甘油醛作为中间产物存在,但是没有对其生产D-(+)-甘油醛的能力进行详细分析;随后,Zhang等以甘油为底物,利用改造后的重组天蓝色链霉菌的糖醇氧化酶通过大肠杆菌发酵获得了D-甘油酸，发酵70h D-甘油酸可以达到30.1g/L。
张荣芳等人通过改造天蓝色链霉菌糖醇氧化酶基因,在大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株中进行重组表达,采用全细胞催化方法将甘油转化成D-(+)-甘油醛,与传统方法相比该方法具有绿色、安全、高效的特点。对影响蛋白表达的诱导条件进行单因素优化;并对影响全细胞催化的反应条件进行了研究。结果表明,诱导剂IPTG 0.2mmol/L、诱导温度28℃、诱导时间6h时,构建的大肠杆菌pET-28a(+)-aldO工程菌的相对酶活性最高;菌体光密度(OD600)为10、缓冲液pH7.5、反应温度30℃、反应时间60min时,甘油的转化率可以达到46%,为D-(+)-甘油醛的生物合成奠定了基础[1]。
参考文献
[1] 张荣芳,闫洪波,李冉,等. 重组大肠杆菌全细胞催化合成D-甘油醛[J]. 盐城工学院学报（自然科学版）,2024,37(1):13-19. DOI:10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.202401003.