ACS Sustain. Chem. Eng.｜甘蔗渣生产L-酪氨酸的集成工艺

大家好，今天推送的文章来自于发表在ACS Sustainable Chemistry&Engineering.上，的“An Integrated Process for L‑Tyrosine Production from Sugarcane Bagasse”，通讯作者为新加坡国立大学的颜宁教授。

氨基酸是蛋白质的组成部分。它们对所有生物生命形式都是必不可少的，对我们的饮食也是不可或缺的。在当今的食品工业中，氨基酸被广泛用做制造食品添加剂的前体，包括增味剂如L-谷氨酸钠(MSG)和人工甜味剂阿斯巴甜。氨基酸也定期添加到动物饲料中，以满足各种牲畜的营养需求。此外，氨基酸作为补充剂或用于治疗某些疾病，如苯丙酮尿症(PKU)。

氨基酸的可持续生产正成为食品安全的一个重要组成部分，因为它有助于稳定食品供应。如最近的大流行所强调的那样传统上，许多氨基酸是由微生物如谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌生产的，通常使用葡萄糖作为原料。近年来，非食用木质纤维素生物质的微生物发酵也被积极探索用于氨基酸的生产。利用木质纤维素生物质生产氨基酸有助于保存可食用的糖如葡萄糖，并允许从农业过程中产生的废物循环，否则处理这些废物的成本可能很高。这些过程通常包括原始生物质的酸性预处理、去除生长抑制剂的生物解毒以及释放游离糖用于发酵的酶水解。例如，可以使用谷氨酸棒状杆菌SIIM B253，从玉米秸秆生产L-赖氨酸，而谷氨酸棒状杆菌的工程菌株可以从小麦秸秆生产高纯度的L-谷氨酸。

木质纤维素的组成分为三种主要结构聚合物:纤维素、半纤维素和木质素。纤维素和半纤维素可以通过化学或酶水解水解成各种可发酵的C6糖和C5糖，而木质素的成分通常不被大多数常规微生物利用。然而，作者看到了从木质素中的对香豆酸(pCA)含量生产L-酪氨酸的独特机会。

在植物中，pCA来源于L-酪氨酸，或来自肉桂酸的氧化，被转化为构成木质素核心聚合物的各种苯丙素单元。少量的pCA和FA也通过酯化作用与木质素核心聚合物连接，并且它们可以通过碱性水解从木质素中解离。木质素衍生的pCA可以被腐生细菌利用来生产各种工业相关的化合物，例如粘稠物酸、聚羟基烷酸酯。理论上，pCA经过碱处理的生物质材料可以很容易地被水解酶消化成游离糖，可以通过微生物发酵转化成左旋酪氨酸。当结合使用时，这两个平行的过程(五氯苯甲醚胺化和微生物发酵)可以成为将木质纤维素废物升级为左旋酪氨酸的有效策略。

甘蔗渣是巴西、印度和中国等高糖生产率国家常见的农业残渣。其作为木质纤维素原料用于微生物发酵已有大量报道，包括乙醇、叶醇、和乳酸在内的多种产品已被证实。由于其丰度高、成本低、pCA含量丰富，作者以甘蔗渣为模型木质纤维素底物。作者优化了甘蔗渣的碱水解处理以高效脱木素和回收pCA，并开发了全细胞生物转化工艺以将木质素衍生的pCA转化为L-酪氨酸。与此同时，碱处理的甘蔗渣残渣被用于一锅酶消化和大肠杆菌发酵过程，以生产L-酪氨酸。从生甘蔗渣中生产左旋酪氨酸的两种途径对最终左旋酪氨酸产量的贡献几乎相等，为49毫克/克。与单独使用发酵过程相比，生物转化过程的整合有效地使左旋酪氨酸的产量增加了一倍。该集成工艺还允许从木质纤维素生物质的不同组分生产作为均匀产品的左旋酪氨酸，简化了下游纯化并最小化了工艺成本。作者认为，这些都是有助于从木质纤维素材料中更有利可图和可持续生产左旋酪氨酸的重要因素。