丙酮酸的應(yīng)用及合成研究進(jìn)展

1、丙酮酸的應(yīng)用及合成研究進(jìn)展吳曉燕（食品系生化101班14號）摘 要 ：丙酮酸是一種重要的有機(jī)酸,廣泛應(yīng)用于制藥、日化、農(nóng)用化學(xué)品和食品等工業(yè)中。本文從化學(xué)合成法，酶轉(zhuǎn)化法，微生物發(fā)酵法介紹了丙酮酸合成現(xiàn)狀及其研究進(jìn)展,并對丙酮酸的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞： 丙酮酸 應(yīng)用 合成丙酮酸（Pyruvate），分子式CH3COCOOH，分子量88.06，原稱焦性葡萄酸，是體內(nèi)產(chǎn)生的三碳酮酸, 它是糖酵解途徑的最終產(chǎn)物, 在細(xì)胞漿中還原成乳酸供能, 或進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化生成乙酰CoA, 進(jìn)入三羧酸循環(huán), 被氧化成二氧化碳和水, 完成葡萄糖的有氧氧化供能過程。丙酮酸又稱2- 氧代丙酸、- 酮基丙酸或乙?；?/p>

2、甲酸，為無色至淡黃色液體，呈醋酸香氣和酸味，是最重要的- 氧代羧酸之一。1、 丙酮酸的應(yīng)用丙酮酸不僅在生物能量代謝中具有十分重要的作用，而且是多種重要化合物的前體，因此，丙酮酸作為一種重要的精細(xì)化工中間體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等領(lǐng)域，尤其是作為醫(yī)藥中間體，具有良好的發(fā)展前景，其用途如表1 所示1。表1 丙酮酸( 鹽) 及其衍生物的主要用途用途 示例制藥工業(yè) 用于酶法合成L2色氨酸、L2酪氨酸、L2多巴,合成L2胱氨酸、L2亮氨酸、VB6 、VB12 ;合成血管緊張肽抗藥、系列酶蛋白抑制劑、鎮(zhèn)靜劑、辛可芬、異煙肼丙酮酸鈣、22苯基喹啉242羧酸、恩波吡維胺、磷酸烯醇丙酮酸、42甲唑甲酸、噻

3、咪等。丙酮酸鈣可用作減肥保健藥品。合成治療高血壓的藥物，蛋白酶抑制劑，杭病毒劑，鎮(zhèn)靜劑等。日化工業(yè) 丙酮酸乙酯可抑制表皮中的酪氨酸酶的形成,美白肌膚;可用作化妝品的防腐劑和抗氧化劑;用作空氣清新劑農(nóng)用化學(xué)品 是合成乙烯系聚合物、氫化阿托酸、谷物保護(hù)劑、成熟劑等多種農(nóng)藥的起始原料，作為殺菌劑，除草劑。食品、飼料工業(yè) GB276021996 規(guī)定為酸味添加劑;作為添加劑具有防腐保鮮功能細(xì)胞培養(yǎng) 與乳酸組成抗氧化劑,降低對細(xì)胞的傷害,是動物細(xì)胞培養(yǎng)的重要底物生化試劑 用于伯醇及仲醇的檢定;轉(zhuǎn)氨酶的測定;是脂肪族胺的顯色劑傳感器與電子材料 與乳酸、鋰構(gòu)成人工胰臟,作為體外傳感器測定葡萄糖的含量;丙酮酸

4、酯類產(chǎn)品作為特種溶劑用于電子材料方面養(yǎng)殖業(yè)2 丙酮酸對改善心功能、增強(qiáng)機(jī)體抗氧化功能、調(diào)節(jié)反芻動物的瘤胃發(fā)酵類型以及提高采食量等方面都有積極地作用，對奶牛酮病有一定的預(yù)防和治療效果2、 丙酮酸的合成方法3 丙酮酸合成方法有化學(xué)合成法，酶轉(zhuǎn)化法和微生物發(fā)酵法。2.1化學(xué)合成法4由酒石酸與焦硫酸鉀反應(yīng)得到丙酮酸。先將酒石酸與焦硫酸鉀充分?jǐn)噭蚝? 投入搪玻璃反應(yīng)鍋中, 用油浴加熱至180 左右, 固體開始熔融, 并有大量泡沫上升, 開動攪拌器, 打散泡沫, 防止溢出。再升溫至220 , 即有丙酮酸蒸出, 油溫保持在245 , 待丙酮酸蒸完為止。將蒸出的紅色酸性液體進(jìn)行減壓蒸餾, 收集沸程7580 /

5、 25 mmHg 的餾份。用此法生產(chǎn)的丙酮酸適用于有機(jī)合成和生化研究。自1977 年日本研究所率先實(shí)現(xiàn)由酒石酸為原料化學(xué)合成法生產(chǎn)丙酮酸的工業(yè)化，丙酮酸工業(yè)化生產(chǎn)的歷史已有30 余年。直至20 世紀(jì)90 年代，工業(yè)上還一直沿用化學(xué)法生產(chǎn)丙酮酸，產(chǎn)率可達(dá)到5055， 該法工藝簡便易行，是國內(nèi)生產(chǎn)丙酮酸的主要方法，但是化學(xué)方法生產(chǎn)的丙酮酸對環(huán)境污染比較嚴(yán)重，設(shè)備損耗大，且丙酮酸產(chǎn)品是消旋體、底物轉(zhuǎn)化率低、生產(chǎn)成本高，缺乏市場競爭力。目前北京化工廠和上海試劑一廠采用此法生產(chǎn)丙酮酸。2.2 酶轉(zhuǎn)化法Carsten Schinsche 和Helmut Simon 研究發(fā)現(xiàn)變形桿菌屬中的Proteus v

6、ulgaris 和Proteus mirabilis 能有效水解(R) 2 乳酸, 產(chǎn)生丙酮酸。Ping Xu 等人也從土壤中篩得一株屬于Edwardisella tarda biogroup 1 的菌株KY6 , 可轉(zhuǎn)化DL2乳酸為丙酮酸。Dariush Hek2mat 等人采用酶膜反應(yīng)器, 利用Proteus vulgarism 的細(xì)胞粗提物轉(zhuǎn)化乳酸為丙酮酸。酶轉(zhuǎn)化法雖然具有很大的優(yōu)越性， 但是在工業(yè)化方面有較大的困難， 迄今還未見工業(yè)化生產(chǎn)成功的報道。2.3 微生物發(fā)酵法發(fā)酵法包括休止細(xì)胞法和直接發(fā)酵法。休止細(xì)胞法是利用微生物中某一種特定功能的酶完成由底物向丙酮酸的轉(zhuǎn)化,而直接發(fā)酵法是直

7、接利用微生物中的一系列酶完成由底物積累丙酮酸14 。Miyata 和Yonehara 以葡萄糖為底物,以Torulopsis glabrata IFO0005 為生產(chǎn)菌株,經(jīng)過63 h 的發(fā)酵,丙酮酸產(chǎn)量達(dá)到了67. 8 gPL ,轉(zhuǎn)化率為49. 4 % ,副產(chǎn)物包括乙醇4 gPL ,丙三醇5 gPL ,丙酮酸綜合體(parapyruvic acid) 2 gPL 。江南大學(xué)的李寅等人研究了煙酸、硫胺素、吡哆醇、生物素和核黃素對Torulopsis glabrata WSH IP303 以葡萄糖為底物、以氯化銨為唯一氮源生產(chǎn)丙酮酸的影響。得到了維生素質(zhì)量優(yōu)化組合:煙酸8 mgPL 、硫胺素0.

8、 0015 mgPL 、吡哆醇0. 4 mgPL 、生物素0. 04 mgPL和核黃素0. 1 mgPL 。以此優(yōu)化組合后的濃度進(jìn)行分批發(fā)酵實(shí)驗,發(fā)酵56 h 丙酮酸產(chǎn)量達(dá)到了69. 4 gPL。發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的研究起始于20 世紀(jì)50 年代，具有污染小、以葡萄糖為底物比較安全、成本低、具有能被生物膜識別的左旋結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性、生物體利用率高等優(yōu)點(diǎn)，是一條極有發(fā)展前景的方法，因此近年來人們把目光聚焦到發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的研究上。我國許多科研院所的科研人員多年來都在積極的研究發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸， 積累了相當(dāng)豐富的研究成果。參考文獻(xiàn)1 劉立明,李寅,堵國成,陳堅. 生物技術(shù)法生產(chǎn)丙酮酸的研究進(jìn)展J. 生物工程學(xué)報, 2002,(06) .2 薛俊欣，黃