Continuous production of (R)-phenylacetylcarbinol in an enzyme-membrane reactor using a potent mutant of pyruvate decarboxylase from Zymomonas mobilis.

运动发酵单胞菌 丙酮酸脱羧酶 化学 产量(工程) 基质(水族馆) 苯甲醛 乙醛 丙酮酸 生物转化 膜反应器 突变体 生物化学 发酵 乙醇 乙醇燃料 生物 催化作用 材料科学 生态学 冶金 醇脱氢酶 基因
作者
Gilles H. Goetz,Peter Iwan,Bernhard Hauer,Michael Breuer,Martina Pohl
出处
期刊:PubMed 卷期号:74 (4): 317-25 被引量:71
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摘要

The optimization of a continuous enzymatic reaction yielding (R)-phenylacetylcarbinol (PAC), an intermediate of the L-ephedrine synthesis, is presented. We compare the suitability of three pyruvate decarboxylases (PDC), PDC from Saccharomyces cerevisiae, PDC from Zymomonas mobilis, and a potent mutant of the latter, PDCW392M, with respect to their application in the biotransformation using acetaldehyde and benzaldehyde as substrates. Among these, the mutant enzyme was the most active and most stable one. The reaction conditions of the carboligation reaction were investigated by determining initial rate velocities with varying substrate concentrations of both aldehydes. From the resulting data a kinetic model was inferred which fits the experimental data with sufficient reliability to deduce the optimal concentrations of both substrates for the enzymatic process. The results demonstrate that the carboligation is most efficiently performed using a continuous reaction system and feeding both aldehydes in equimolar concentration. Initial studies using a continuously operated enzyme-membrane reactor gave (R)-PAC with a space-time yield of 81 g L(-1). d(-1) using a substrate concentration of 50 mM of both aldehydes. The yield was easily increased by cascadation of enzyme-membrane reactors. The new strategy allows the synthesis of (R)-PAC from cheap substrates in an aqueous reaction system. It thereby overcomes the limitation of by-product formation that severely limits the current fermentative process.

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