糠醛(FAL)和5-羟甲基糠醛(HMF)可以作为石油基前体的替代品,适BMS-907351分子量用于广泛的行业,如化学品、食品、制药、生物燃料、粘合剂和溶剂。糠醇(FOL)是一种重要的糠醛升级化合物,主要用于制备果酸、树脂、添加剂、聚合物、纤维和火箭燃料。2,5-呋喃二甲醇(BHMF)是5-羟甲基糠醛的下游产物,它是一种参与聚合物、燃料和大环聚醚合成的多功能构件。目前,大多数制造商使用传统的化学催化剂来生产呋喃醇。但它通常需要强酸强碱或高温高压等较为严格的反应条件。在本研究中,甜菜碱基低共熔溶剂(DES)作为化学催化剂,新构建的含有醛还原酶以及甲酸脱氢酶(FDH)的重组大肠杆菌SF21作为生物催化剂,通过一锅化学酶法串联催化使农业废弃物(玉米芯、甘蔗渣)合成为呋喃醇。研究结果如下:首先,将甜菜碱与柠檬酸(CA)混合制备低共熔溶剂(DES)CA:Betaine。以CA:Be taine(10 wt%)作为催化剂和反应介质,在170℃、30 min条件下,在CA:Betaine-W ater(10:90,wt:wt)体系中催化玉米芯(60 g/L)中的碳水化合物(葡聚糖加木聚糖)生成74.6 m M糠醛,96.5 m M甲酸和40.3 m M葡萄糖。以CA:Betaine(8 wt%)为催化剂和反应介质,甘蔗渣(40 g/L)中的碳水化合物在170℃、30 min条件下,在C A:Betaine-Water(8:92,wt:wt)体系中催化生成47.9 m M 5-羟甲基糠醛,14.0 m M糠醛,62.9 m M甲酸和3.9 m M葡萄糖。结果表明,使用该DES能够高效催化生物质制备呋喃醛(糠醛、5-羟甲基糠醛)。其次,构建了含有甲酸脱氢酶(FDH)和此网站NADPH依赖性醛还原酶(Ss CR)的重组大肠杆菌SF21。FDH可以催化生物质衍生的甲酸盐,将其转化为二氧化碳,并提供N AD(P)H,将生物衍生的糠醛与5-羟甲基糠醛分别生物转化为糠醇与2,5-呋喃二甲醇。在相同条件下,以玉米芯衍生的的糠醛稀释液里的几种产物浓度为基础,通过与大肠杆菌CCZU-A13(含有Ss CR基因)对比,串联酶表现出更高的活性与产率。这也说明在大肠杆菌中共表达甲酸脱氢酶(FDH)和NAD(P)H依赖的醛还原酶(Ss CR)是高效生物合成呋喃醇的良好策略。最后,串联化学催化剂低共熔溶剂CA:Betaine和生物催化剂重组大肠杆菌SF21来催化农业废弃物,建立了一锅化学酶法合成高价值呋喃醇的工艺流程。在2 h内,大肠杆菌SF21以玉米芯衍生的甲酸和葡萄糖为共底物,有效地将衍生的糠醛(74.6 m M)转化为糠醇(产率95.8%),获得糠醇产量0.117 g糠醇/g玉米芯(0.343 g糠醇/g木consolidated bioprocessing聚糖)。在6 h内,有效地将甘蔗渣衍生的5-羟甲基糠醛(47.9 m M)与糠醛(14.0 m M)分别转化为2,5-呋喃二甲醇与糠醇,2,5-呋喃二甲醇生产率达到0.137 g糠醇/g甘蔗渣(0.323 g 2,5-呋喃二甲醇/g葡聚糖);糠醇生产率达到0.033 g糠醇/g甘蔗渣(0.136 g糠醇/g木聚糖)。这也证明了串联的化学酶法催化农业废弃物合成为呋喃醇的可行性。总的来说,本研究建立了一锅化学生物方法转化,开发了一种将生物质高效转化为2,5-呋喃二甲醇与糠醇可持续的方法。具有生物兼容性的甜菜碱基低共熔溶剂将玉米芯与甘蔗渣高效催化为5-羟甲基糠醛与糠醛,重组大肠杆菌SF21作为生物催化剂有效的将5-羟甲基糠醛与糠醛分别转化为2,5-呋喃二甲醇与糠醇。建立了一种条件温和且绿色环保的高效合成呋喃醇工艺,为生物质催化合成呋喃醇提供了一种新思路。