Cells of Candida utilis for in vitro (R)-phenylacetylcarbinol production in an aqueous/octanol two-phase reactor
- 作者
- Bettina Rosche, Michael Breuer, Bernhard Hauer, Peter L. Rogers
- 单位
- School of Biotechnology and Biomolecular Sciences, University of New South Wales, Sydney NSW 2052, Australia; BASF-AG, Fine Chemicals and Biocatalysis Research, D-67056 Ludwigshafen, Germany
- 杂志
- Biotechnology Letters（2005）
- DOI
- 10.1007/s10529-005-3252-1
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
以Candida utilis全细胞替代部分纯化的丙酮酸脱羧酶（PDC）在水/辛醇两相反应器中体外生产(R)-苯乙酰基甲醇（PAC），简化催化剂制备并降低成本，同时提高产率、产物浓度和生产率，减少副产物形成。
研究策略
利用C. utilis静息细胞作为PDC来源，以苯甲醛和丙酮酸为底物，在水/辛醇两相乳液反应器中进行体外生物转化；筛选1-醇（C4-C9）作为有机相，确定辛醇为最优；比较不同PDC活性浓度，并通过pH控制优化反应条件。
研究路线图
核心内容
本研究利用产朊假丝酵母（Candida utilis）静息全细胞作为丙酮酸脱羧酶（PDC）来源，在水/辛醇两相反应器中体外催化苯甲醛与丙酮酸缩合生成(R)-苯乙酰基甲醇（PAC）。通过筛选不同链长1-醇确定辛醇为最优有机相，并在相体积比1:1、菌体浓度5.6 g/L（PDC活性2.5 U/ml）条件下优化反应。结果显示，15小时内辛醇相PAC浓度达103 g/L，水相达12.8 g/L；与4°C下部分纯化PDC体系相比，特异性产率提高4倍（1.54 vs 0.39 mg/U/h）。与传统酿酒酵母体内法相比，苯甲醛摩尔产率提高26%至96%，PAC总浓度提高3.9倍，生产率达3.9 g/L/h（提高3.1倍），催化剂效率提高6.9倍（10.3 g/g干细胞）。反应温度提高至21°C而未产生苄醇副产物，乙偶姻生成量仅0.047 g/g PAC。该策略简化了催化剂制备并降低冷却成本，在产物浓度、产率和催化剂效率上全面优于传统方法，具备工业化应用潜力。
创新点
首次将C. utilis全细胞用于体外双相PAC生产，替代部分纯化酶，简化催化剂制备并降低冷却成本；将反应温度从4°C提高到21°C，显著提高反应速率；避免了传统体内法苄醇副产物的生成。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Candida utilis | 丙酮酸与苯甲醛缩合生成PAC（丙酮酸非氧化脱羧并发生羧化反应） | — | pyruvate decarboxylase (PDC) | 催化 | 全细胞作为PDC来源，用于体外双相反应器催化苯甲醛与丙酮酸生成PAC |
关键发现
- 在相体积比1:1、C. utilis浓度5.6 g/L（PDC活性2.5 U/ml总反应体积）条件下，15 h内辛醇相PAC浓度达103 g/L，水相达12.8 g/L
- 与部分纯化PDC在4°C的体系相比，特异性产率提高4倍（1.54 vs 0.39 mg/U/h）
- 与传统酿酒酵母体内法相比，苯甲醛摩尔产率提高26%（达96%），PAC总浓度提高3.9倍（基于有机相为6.9倍），生产率提高3.1倍（3.9 g/L/h），催化剂效率提高6.9倍（PAC/干细胞质量10.3 g/g）
- 副产物苄醇未形成，乙偶姻生成量仅为0.047 g/g PAC。
研究结论
利用C. utilis全细胞在水/辛醇两相体系中进行体外PAC生产是一种高效且经济的方法，相比传统体内法和部分纯化酶法，在产物浓度、产率、生产率和催化剂效率方面均有显著提升，同时避免了苄醇副产物，具有工业化应用潜力。