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1,3-丙二醇是一種極具潛力的新型化工原料，在制造聚酯纖維、聚氨酯、熱熔膠、粉末涂料、抗凍劑、包裝材料以及有機(jī)合成中間體等方面都有著廣泛的應(yīng)用，其中制造高性能的聚酯一聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)是目前主要的用途。1,3-丙二醇可通過化學(xué)法路線和生物法路線生產(chǎn)，其中采用生物技術(shù)生產(chǎn)1,3-丙二醇，以其綠色化學(xué)為特征，具有反應(yīng)條件溫和、操作簡便、副產(chǎn)物少、環(huán)境污染小、可利用再生資源等特點，成為新世紀(jì)生物化工研究的熱點之一。
1,3-丙二醇
1，3-丙二醇-(1，3-Propanediol，簡稱1，3-PD)是一種重要的溶劑和化工原料，目前主要的用途是用于聚酯、聚醚、聚氨酯等的合成。以1，3-丙二醇與對苯二甲酸合成的聚酯PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)在合成纖維材料、聚酯膜、工程塑料和紡織服裝材料領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣泛，1，3-丙二醇已經(jīng)被提出用于個人護(hù)理制劑和化妝品，但并不已知其在食品工業(yè)中常用。1，3-丙二醇是可以由玉米糖制備的極性化合物。1，3-丙二醇可以用于食物和飲料產(chǎn)品來與除不含1，3-丙二醇外其它方面相同的食物或飲料產(chǎn)品相比改善苦味特征。令人驚訝和意外地發(fā)現(xiàn)在食物和飲料產(chǎn)品中以非常小的量包括1，3-丙二醇就能夠抑制食物和飲料產(chǎn)品中某些成份的苦味。在一個方面，1，3-丙二醇有效地降低與食物和飲料產(chǎn)品中的高強度甜味劑相關(guān)的苦味。在一個特別優(yōu)選的方面，高強度甜味劑包括一種或多種甜菊糖苷。在另一個方面，1，3-丙二醇有效地降低與食物和飲料產(chǎn)品中的鹽替代物(如氯化鉀)相關(guān)的苦味。
一般而言，在食物或飲料產(chǎn)品中含有的1，3-丙二醇量使得1，3-丙二醇本身并不向食物或飲料產(chǎn)品提供風(fēng)味并且通過味覺不能感覺到其包含在產(chǎn)品中。例如，1，3-丙二醇的包含量通常認(rèn)為低于一般消費者的感官可察覺風(fēng)味閾值。換而言之，不含1，3-丙二醇的比較產(chǎn)品與含有1，3-丙二醇的產(chǎn)品在味覺上沒有可察覺的差異。如果需要，也可以通過在水中稀釋來測定1，3-丙二醇的量，以確保1，3-丙二醇并不向食物或飲料提供風(fēng)味。
目前1，3-丙二醇的生產(chǎn)方法主要是化學(xué)合成法，如德國Shell公司開發(fā)的環(huán)氧乙烷法，即環(huán)氧乙烷在催化劑作用下與一氧化碳和氫反應(yīng)生成3-羥基丙醛，分離出的3-羥基丙醛經(jīng)催化加氫生成1，3-丙二醇。該方法生產(chǎn)成本較低，所得產(chǎn)品的羥基含量較丙烯醛法低。但環(huán)氧乙烷路線技術(shù)難度大，特別是其催化劑的制備與選用較為復(fù)雜?；瘜W(xué)合成法具有設(shè)備投資大、技術(shù)難度高、需要重金屬催化劑、污染環(huán)境以及產(chǎn)物較難分離純化等缺點。
微生物轉(zhuǎn)化甘油為1，3-丙二醇的研究始于1881年，但直到20世紀(jì)90年代才引起人們的重視。與化學(xué)合成法相比，微生物轉(zhuǎn)化法以其利用可再生資源、清潔生產(chǎn)、對環(huán)境友好、有利于可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，應(yīng)用前景非常廣泛。目前1，3-丙二醇的微生物生產(chǎn)法可分為兩類，一是利用基因工程菌生產(chǎn)1，3-丙二醇(WO96/35796，WO98/21340，WO98/21339)，二是利用腸道細(xì)菌歧化甘油為1，3-丙二醇(USP5254,467，EP0373,230)，前者存在產(chǎn)物濃度低和甘油轉(zhuǎn)化率低的問題，后者雖然轉(zhuǎn)化率高但由于是致病菌而制約抑制了其生產(chǎn)應(yīng)用。目前生物法生產(chǎn)1，3-丙二醇主要通過生產(chǎn)菌發(fā)酵產(chǎn)生，微生物體內(nèi)甘油代謝生產(chǎn)1，3-丙二醇主要涉及2步酶反應(yīng)：(1)甘油脫水酶（glyceroldehydratase,GDHt）轉(zhuǎn)化甘油為中間產(chǎn)物3-羥基丙醛（3-hydroxypropionaldehyde,3-HPA）；(2)1,3-丙二醇氧化還原酶(1,3-propanedioldehydrogenase,PDOR)在NADH的作用下催化3-HPA生成終產(chǎn)物1，3-丙二醇。有研究顯示，在1，3-丙二醇工程菌的發(fā)酵過程中，3-HPA往往會大量積累，同時還會生成多種酸性物質(zhì)，使PDOR的催化活力受到嚴(yán)重影響，而PDOR活力的下降又會使3-HPA進(jìn)一步積累，形成惡性循環(huán)，并使發(fā)酵菌株的生長產(chǎn)生不可逆停止；另外，由于發(fā)酵液中的1，3-丙二醇濃度積累會反饋抑制PDOR的催化活力，影響終產(chǎn)物1，3-丙二醇的積累濃度，最終嚴(yán)重影響1，3-丙二醇的產(chǎn)量。因此，作為1，3-丙二醇生產(chǎn)的關(guān)鍵酶和限速酶的PDOR對1，3-丙二醇的生成起著至關(guān)重要的作用。
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