D-酒石酸的应用和生产方法

酒石酸，Tartaric Acid，即2,3—二羟基丁二酸，分子式为C4H606，相对分子量为150.09。最早是从制造葡萄酒时的榨渣经过各种化学处理获得。酒石酸分子中存在两个不对称的碳原子,故存在左旋体(L-酒石酸)、右旋体(D-洒石酸)、内消旋体(MESO-酒石酸)及外消旋体(DL-酒石酸)这四种同分异构体。D(-)-酒石酸，又名(2S,3S)-2,3-二羟丁烷-1,4-二羧酸，是天然L(+)-酒石酸的同型异构体，在自然界中极少存在，在制药行业它主要被用作手性合成的手性源及拆分剂。

D-酒石酸的应用

像L(+)-酒石酸有很多重要用途一样，D(-)-酒石酸在食品、医药、化工和轻工业上都有不可替代的作用。在医药方面，多用于产品合成时的拆分剂或手性源，如D-葡萄糖-甘油-1,5-内酰胺、C位邻二胺等；在化工方面，因为左旋的光学活性，可用作拆分剂；在食品工业方面，其酸味比柠檬酸更强，是一个优良的食品酸味剂，还可用作稳定剂和防腐剂。具有良好的市场前景。D(-)-酒石酸目前约为54000元/吨，每年D(-)-酒石酸市场需求量大约在5万-7万吨，国内比较主要的生产商为杭州宝晶生物化工有限公司以及常州常茂生物工程股份有限公司。^[1-2]

D-酒石酸的生产方法^[2-4]

化学拆分法生产D(-)-酒石酸

利用化学拆分剂将DL-酒石酸拆分为D(-)-酒石酸和L(+)-酒石酸。因为昂贵的拆分剂，较低光学纯度的产物以及较低的得率，所以利用该种方法生产D(-)-酒石酸的成本一直较高。虽然生产成本一直居高不下，但是此前化学拆分法一直是D(-)-酒石酸的主要生产方式。研究人员以L(-)-a-苯乙基胺为拆分剂完成了对混旋DL-酒石酸的拆分。

生物拆分法生产D(-)-酒石酸

生物拆分法是指利用生物催化材料主要包括酶，微生物菌体等与化合物DL-酒石酸作用，得到单一旋光性物质，即利用酶催化为动力的一种拆分方式。主要特点：拆分效率高，生产条件温和及酶易降解不会对环境造成污染，适合规模化生产，且酶反应已从单一的水相反应进化到可以有机相甚至双相反应。1848年，Pasteur发现有一些微生物可以将DL-酒石酸中L(+)-酒石酸消耗，并且可以从发酵液中分离得到D(-)-酒石酸。目前发现可以利用L(+)-酒石酸的特殊微生物有气杆菌(Aerobacter)，隐球菌(Cryptococcus)，毛抱子菌(Trichosporon)，假单胞菌(Pseudomona)和克雷伯氏菌(Klebsiella，利用它们可以将DL-酒石酸中的L(+)-酒石酸耗竭从而得到D(-)-酒石酸。因为这种方式的理论最高产率只有50%，从而极大的限制该种方法的应用。

生物转化法生产D(-)-酒石酸

生物转化法是指利用以环氧琥珀酸及其盐为底物的CESH或者含有该酶的微生物催化生成酒石酸及其盐的一种转化方法。目前发现可以生产酒石酸的野生菌如表1-1所示，相较于可催化反应生成L(+)-酒石酸的野生菌种类的多样性，目前只发现三种可以生产D(-)-酒石酸酶来源的野生菌。相较于产L(+)-酒石酸的野生菌，如1973年，日本学者左藤英次等报道利用无色杆菌及产碱杆菌来生产L(+)-酒石酸，最高转化率可以达到90%，且产量为130 gL 以上，除了这两种菌株外，诺卡氏菌属还有红球菌也经常被应用于工业化生产，而生产D(-)-酒石酸酶的野生菌转化效率差，无法满足工业化生产需求。Yamagishi等在1996年分离到的恶臭假单胞菌MCI3037转化能力较差，100mL的培养基得到的细胞转化等体积的CES钠，5h转化率仅有52.6%。2007年李霞等筛选到一株可以将CES转化为D(-)-酒石酸的菌株，经过鉴定，属于博德特氏菌，被命名为Bordetella sp.1-3。对分离得到的野生菌细胞进行固定化，100g固定化胶体颗粒加入1M的CES钠中进行转化，11d之后反应液中酒石酸含量趋于平稳，最后转化效率为69%。因为转化效率较低，李霞等对该野生菌进行了产酶发酵条件的优化在的发酵条件下，酶活力由5.6U/mL提高到9.27U/mL。2008年潘海峰等筛也选到一株可以将CES转化为D(-)-酒石酸的博德特氏菌，被命名为Bordetella sp.BK52。因为野生菌转化效率低，潘海峰等对该野生菌进行了产酶发酵条件的优化，在的发酵条件下，野生菌酶活力可以提高到764 U/g，但是依然很难满足工业化生产的需求。

参考文献

[1] 宋苗根. 一种生物转化生产D(-)-酒石酸的工艺: 中国, CN101845465[P] 2010-09-29.

[2] 张建国, 谢志鹏, 鲍文娜. 等. 生产D(-)-酒石酸及其盐的方法以及该方法中所用的微生物菌株: 中国, CN101338285[P] 2011-07-20.

[3] 张建国, 谢志鹏, 鲍文娜. 等. 使用基因工程菌生产D(-)-酒石酸或其盐: 中国, CN 101481681[P] 2013-01-02.

[4] 赵凤莲. 提高重组大肠杆菌全细胞催化制备D(-)-酒石酸效率策略研究[D]. 南京工业大学, 2017, 1-3.