体外多酶级联转化D-木糖制备D-阿拉伯糖醇的反应优化研究开题报告

1. 研究目的与意义

d-阿拉伯糖醇(d-arabitol)，是将d-阿拉伯糖的还原性羰基加氢还原而生成的一种五碳五羟基糖醇，其又称d-阿糖醇，d-树胶糖醇，d-阿拉伯醇。常温下d-阿拉伯糖醇为白色晶体，易吸潮，有甜味，易溶于水，不溶于有机溶剂，其分子式为c₅h₁₂o₅，旋光度为130^o，熔点为103 ^oc。

d-阿拉伯糖醇(d-arabitol)是一种重要的功能性糖醇（稀有糖），其具有低热量、高甜度、抗踽齿等特点，广泛应用于食品、医药等领域。在食品方面，它不仅作为高档甜味剂，而且还能作为调制糖浆基质来改善酒精饮料品质，并可在相关食品生产中应用，也可以作为生产木糖醇的底物。在医学中，d-阿拉伯糖醇可作为阿糖腺苷、阿糖胞苷和α-葡萄糖苷酶抑制剂等药物的中间体，还可作为以通过血脑屏障的运输介质；在化工中，d-阿拉伯糖醇是颗粒性固体或亲水涂层的促溶剂，可增强铝电容器在高温下的可靠性并提高电解质溶液的黏度，此外，d-阿拉伯糖醇还可作为合成高分子发泡材料的激活剂及显影材料稳定剂；在生物方面，还能促进植物生长。

自然存在d-阿拉伯糖醇含量很少，主要存在于蘑菇和地衣中，直接提取所需要的费用极高，且提取较困难，不能满足人们的需求。目前d-阿拉伯糖醇的生产方法主要有直接提取法、化学加氢法和生物法；直接提取法成本较高且复杂，且效率较低；化学加氢法主要采用在高温高压和催化剂中加氢还原得到，但是由于其在过程中产生的副产物较多，设备要求较高，所以使用率也较低；生物法是一个较为高效率，低能耗的方法，是目前主要的生产方式，如可以采用一锅多酶体系转化生物质来源d-木糖来合成稀有的d-阿拉伯糖醇，利用廉价的d-木糖通过一系列反应最终获得所需的d-阿拉伯糖醇和葡萄糖酸脂；此方法具有绿色、环保的优势，以活的微生物为细胞工厂，多种酶促反应生产d-阿拉伯糖醇，整个过程无需使用纯糖底物和化学催化剂，具有大规模化生产的运用潜力。

2. 研究内容和预期目标

本研究立足于国内外研究现状，以苍白杆菌核糖-5-磷酸异构酶b双突变体（osrpib），d-arabitol dehydrogenase from isolated gluconobacter sp. jx-05（ardh）以及glucose dehydrogenase from bacillus megaterium iwg3（gdh）蛋白酶，构建多酶级联体系，以d-木糖（d-xylose）和d-葡萄糖（d-glucose）为底物，体外制备d-阿拉伯糖醇（d-arabitol）（稀有糖）和葡萄糖酸酯。

具体研究内容：

一、ardh和gdh工程菌株构建。

3. 研究的方法与步骤

1实验准备

1.1材料

rpib工程菌株、ardh工程菌株和gdh工程菌株

4. 参考文献

[1] qi x , zhang h , magocha t a , et al. improved xylitol production by expressing a novel d-arabitol dehydrogenase from isolated gluconobacter sp. jx-05 and co-biotransformation of whole cells.[j]. bioresource technology, 2017, 235:50-58.

[2]evolution of glucose dehydrogenase for cofactor regeneration in bioredox processes with denaturing agents[j]. chembiochem.

[3] baik s h , michel f , aghajari n , et al. cooperative effect of two surface amino acid mutations (q252l and e170k) in glucose dehydrogenase from bacillus megaterium iwg3 on stabilization of its oligomeric state.[j]. applied and environmental microbiology, 2005, 71(6):3285-3293.

5. 计划与进度安排

1）2024-3-6～2024-3-20：查阅文献资料撰写开题报告并完成英文翻译;

2）2024-3-20～2024-3-31：ardh和gdh工程菌株构建及甘油管保存;

3）2024-4-1～2024-4-18：诱导工程菌株产酶，并且从菌株中提取ardh和gdh并且纯化;