文 献 综 述

1. 1. 3-羟基丁酮的理化性质及应用

3-羟基丁酮(Acetoin)又名乙偶姻、甲基乙酰甲醇，是一种重要的化学合成中间体和多功能材料。由于其在食品、化工、医药等行业具有广泛的用途，2004年美国能源部将3-羟基丁酮列为30种优先开发利用的平台化合物之一[1]。

3-羟基丁酮分子式是C4H8O2, 分子量88.12，有两个手性异构体。

3-羟基丁酮的单体为无色或淡黄色液体，呈奶油香气，两分子的3-羟基丁酮易聚合成二聚体，二聚体为白色结晶粉末，熔点15℃，沸点148℃，能自燃，可混溶于水，溶于乙醇、丙二醇，微溶于乙醚。在植物油中几乎不溶。

3-羟基丁酮天然存在于葡萄、玉米、苹果、香蕉、肉类等许多食品中，是一种应用广泛的香料，我国GB2760-86规定其允许食用[2]，美国食品和萃取协会(FEMA)安全号为2008[2]。同时，3-羟基丁酮还可以作为一种平台化合物，是一种重要的化工原料和医药中间体。3-羟基丁酮在食品工业中的应用，主要表现为它是人们喜爱的食用香料，可用于乳品、奶油、酸奶和草莓型等香料生产，此外，一定浓度含量的3-羟基丁酮也是酒类调香中的一个重要品种。3-羟基丁酮在医药行业中的应用，主要是3-羟基丁酮可以作为手性化合物用来合成医药中间体和稀有药物。以3-羟基丁酮和光气为原料合成药物中间体4-氯-4,5-二甲基-1,3二氧杂环戊烷-2-酮（CDMDO），其主要用于氨苄青霉素等抗生素类药物的修饰，能较大程度地提高药效。除此之外，3-羟基丁酮可用来合成伦氨苄西林盐酸盐[6]，其主要是半合成氨苄青霉素和青霉素的前体药物，吸收快，毒性低。3-羟基丁酮在烟草行业中的应用，主要是其具有的香气特征[7]，对烟叶的香气有良好影响。

1.2. 生物法合成3-羟基丁酮的优势

目前，国内外3-羟基丁酮工业化生产方法主要有三种：丁二酮部分加氢还原法、2,3-丁二醇选择性氧化法、丁酮氯化水解法。这三种方法存在着产品收率和得率偏低，且环境污染较严重等缺点，而且产品质量很难达到目前3-羟基丁酮的最大消费领域#8212;#8212;食用香料的要求；更为严重的是这三种工艺的原料来源限制了其大规模的发展[3]。基于对上述三种化学法合成3-羟基丁酮工艺路线以及产品质量的担忧，人们开始寻求利用具有原料来源丰富、环境友好和条件温和等优势的生物合成法来替代化学合成法，以期待减轻资源与环境压力，提高产品质量。

1.3. 3-羟基丁酮生物合成过程中存在的问题及其低效积累的原因分析

生物法合成3-羟基丁酮，其产量还是很难与化学合成法竞争，原因是微生物发酵时可能会引起胞内氧化还原辅因子的不平衡，为了维持胞内的氧化还原平衡，细胞会选择其他代谢途径来代替3-羟基丁酮的合成，从而产生的副产物较多，尤其是2,3-丁二醇较多，因而3-羟基丁酮的得率较低。除此之外，很多副产物的产生同时也提高了后续分离和纯化的成本和难度，因此尽量维持胞内氧化还原平衡，减少副产物的产生，提高3-羟基丁酮的得率是我们的主要研究方向，也是提高3-羟基丁酮合成产量的关键所在。