KR20140087797A - Process of biologically producing a 4-hydroxystyrene and derivatives thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생물학적 방법으로 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 화학적 및 생물학적 전환을 이용해 리그닌 분해산물을 제조하고, 생물학적인 방법으로 이로부터 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for preparing 4-hydroxystyrene or a derivative thereof by a biological method. The present invention also relates to a process for preparing lignin degradation products by chemical and biological conversion and for producing 4-hydroxystyrene or derivatives thereof therefrom by biological methods.
최근 석유화학 산업은 전세계적인 석유수급 불안과 석유자원 고갈에 대한 위기의식으로 국제원유 가격이 지속적으로 상승하는 상황에 있다. 이러한 어려움을 극복하고자 지속가능성(sustainability)이라는 원칙하에 재생산 가능한 원료로부터 화합물을 생산하는 프로세스를 개발하고자 하는 노력이 전세계적인 목표가 되고 있다. 따라서 원유에 의존하는 석유화학산업에 대한 대안으로 최근에 산업바이오 기술을 이용하여 바이오매스에서 유래한 대체 생산방법이나 대체 화합물을 생산하기 위한 전 인류적인 노력이 바이오에너지, 바이오플라스틱, 바이오화합물 등의 다양한 분야에서 가시화되고 있다.In recent years, oil prices have been rising steadily in the petrochemical industry due to global uncertainty about oil supply and demand and exhaustion of oil resources. To overcome these difficulties, efforts to develop processes for producing compounds from renewable raw materials under the principle of sustainability have become a global goal. Therefore, as an alternative to the petroleum-based petrochemical industry, the recent global efforts to produce alternative biomass-derived alternative compounds using industrial biotechnology have led to the development of bioenergy, bioplastics, It is becoming visible in various fields.
4-히드록시스티렌은 산업적으로 여러 용도로 사용될 수 있는데, 4-히드록시스티렌 또는 4-아세톡시스티렌은 액정 고분자(liquid crystalline polymer)의 생산에 있어 단량체로 사용되거나 레진, 엘라스토머, 코팅제 등의 생산에 사용되고 있다.4-hydroxystyrene can be used in various industrial applications, and 4-hydroxystyrene or 4-acetoxystyrene can be used as a monomer in the production of liquid crystalline polymers or in the production of resins, elastomers, .
4-히드록시스티렌은 화학적 또는 생물학적으로 생산하는 방법이 알려져 있다. 상기 화학적 방법의 예로는 에틸벤젠이나 p-히드록시아세토페놀로부터 여러 단계를 거쳐 얻을 수 있다(US4,503,271, US5,523,378). 또는 4-히드록시신남산를 225℃의 온도에서 구리분말과 반응시켜 4-히드록시스티렌을 제조하는 방법이 알려져 있다(Sovish J. Org. Chem. 24:1345-1347 (1959)). US5,324,804에는 150℃에서 디메틸 포름아미드 내 카페인산을 데카르복실화시켜 4-히드록시스티렌을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한 수용액 및 100℃ 온도에서 치환된 신남산 유도체를 데카르복실화하는 방법이 알려져 있다(Lebensmittel-Wissenschraft u. Technol. 10 (Food Science and Technology):145-147 (1977)). 그러나, 이러한 화학적 방법은 원료 및 시약이 고가이며, 반응 조건이 순하지 않고 높은 에너지를 요구한다. 또한 원하지 않는 불순물이 다량으로 생성되어 복잡한 정제단계가 요구되므로 제조에 비용이 많이 든다.A method of chemically or biologically producing 4-hydroxystyrene is known. An example of such a chemical method can be obtained from ethylbenzene or p-hydroxyacetophenol through several steps (US 4,503,271, US 5,523,378). Or 4-hydroxycinnamic acid is reacted with copper powder at a temperature of 225 ° C to produce 4-hydroxystyrene (Sovish J. Org. Chem. 24: 1345-1347 (1959)). US 5,324,804 discloses a process for preparing 4-hydroxystyrene by decarboxylating caffeic acid in dimethylformamide at 150 ° C. It is also known to decarboxylate substituted cinnamic acid derivatives in an aqueous solution and at a temperature of 100 ° C (Lebensmittel-Wissenschraft u. Technol. 10: Food Science and Technology: 145-147 (1977)). However, such a chemical method requires expensive raw materials and reagents, high reaction conditions and high energy. Also, unwanted impurities are generated in large quantities, requiring complex purification steps, which is expensive to manufacture.
기존 화학적 공정의 단점들을 극복하고, 공정의 지속가능성을 달성하기 위해서 생물공정에 기반한 4-히드록시스티렌 합성법이 시도되었다. US20040018600에는 글루코스로부터 재조합 균주를 사용하여 4-히드록시스티렌을 제조하였다. 그러나 재조합 균주를 이용하는 경우 생성물인 4-히드록시스티렌이 피드백으로 4-히드록시스티렌의 생성을 억제하여 생산성이 감소하게 되고 미생물의 성장도 영향을 받는 문제가 있다. 또한, 세포 내의 아미노산 등을 기질로 이용하는 반응은 포도당 등을 미생물 배양의 영양분으로 사용하기 때문에, 불안정한 곡물가격에 많은 영향을 받을 수 있고, 이는 공정의 경제성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 자연에서 풍부하게 얻을 수 있는 리그닌과 같은 저가의 바이오매스를 이용하는 방법의 개발이 필요하다. In order to overcome the shortcomings of existing chemical processes and achieve process sustainability, a bio-process based 4-hydroxystyrene synthesis method has been attempted. In US20040018600, 4-hydroxystyrene was prepared using a recombinant strain from glucose. However, when a recombinant strain is used, 4-hydroxystyrene as a product inhibits the production of 4-hydroxystyrene by feedback, resulting in decreased productivity and microbial growth. In addition, the reaction using the amino acid in the cell as a substrate may be greatly influenced by the unstable grain price because glucose or the like is used as a nutrient for culturing the microorganism, which may adversely affect the economical efficiency of the process. Therefore, it is necessary to develop a method using low-cost biomass such as lignin which can be obtained in abundance in nature.
바이오매스를 활용하여 생산되는 바이오 플라스틱 시장의 경우 2002년 카길-다우사에 의해 상업화된 폴리유산 (polylactic acid, PLA)이 기존의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리스티렌(polystyrene) 등을 대체하면서 최근 시장이 급속히 확대되고 있다. 또한, 미국 메타볼릭스(Metabolix)사에 의해 상업화된 폴리히드록시알카노에이트 (polyhydroxyalkanoate, PHA) 계 바이오 플라스틱도 기존의 고가 의료용 고분자 시장에서 벗어나 범용 고분자 시장으로의 진출을 위한 공장건설이 진행 중에 있다. 이외에도 숙신산 (succinic acid)을 활용한 PBS(polybutylene succinate) 등도 상업화되어 사용되고 있다. 바이오 화학제품 시장의 경우 듀폰사가 2006년말 상업화한 1,3-프로판디올이 기존의 석유화학공정을 바이오매스 기반의 생물전환으로 대체한 성공적인 예이다. In the case of bioplastics produced using biomass, polylactic acid (PLA), commercialized by Cargill-Dow, in 2002, replaced polyethylene terephthalate (PET) and polystyrene Recently, the market is rapidly expanding. Also, polyhydroxyalkanoate (PHA) -based bioplastics commercialized by Metabolix in the United States has been moved from the existing high-priced medical polymer market to a factory for entering the general-purpose polymer market have. In addition, PBS (polybutylene succinate) using succinic acid has been commercialized and used. In the biochemical market, 1,3-propanediol commercialized by DuPont at the end of 2006 is a successful example of replacing existing petrochemical processes with biomass-based bioconversion.
따라서, 최근의 친환경 공정 개발에 대한 사회적 요구, 공정 단순화, 경제성 제고 관점에서 새로운 4-히드록시스티렌 또는 이의 제조공정 개발에 대한 필요성이 강력히 대두되고 있는 실정이다
Therefore, there is a strong demand for the development of new 4-hydroxystyrene or its manufacturing process from the viewpoint of social requirements, process simplification, and economic improvement in recent eco-friendly process development
본 발명은 화학 공정에 비하여 높은 특이성을 가지는 생물학적 방법으로 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a method for producing 4-hydroxystyrene or a derivative thereof by a biological method having high specificity compared to a chemical process.
또한 본 발명은 리그닌을 원료로 하여 경제적이고 효율적으로 리그닌 분해산물을 얻고 이를 기질로 하여 친환경적인 생물학적 방법으로 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
The present invention also provides a method for producing 4-hydroxystyrene or a derivative thereof by an environmentally friendly biological method using lignin as a raw material, economically and efficiently obtaining a lignin degradation product and using it as a substrate.
본 발명은 화학식 2로 표시되는, 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 포함하는, 생물학적인 방법으로 하기 화학식 1을 갖는 4-히드록시스티렌 및 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the production of 4- (4-hydroxyphenyl) -4-hydroxy-4-methylphenylcarbamate having the following formula (1) by a biological method, comprising the step of contacting a substrate comprising an aromatic carboxylic acid having a 4- To a process for preparing hydroxystyrene and derivatives thereof.
[화학식1] [Chemical Formula 1]
[화학식 2] (2)
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다. In the general formulas (1) and (2), X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group.
또한, 본 발명은 상기 화학식 2에서 X 및 Y가 동시에 수소가 아닌 경우에, 상기 화학식 2로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, (a) 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매와 (b) 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 동시에 또는 순차적으로 접촉하는 단계를 수행할 수 있다. The present invention also relates to a process for preparing a compound of formula (2) wherein X and Y are not hydrogen at the same time, (B) a biocatalyst that removes at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxy group and a C1-C4 alkoxy group at the 3-position, the 5-position or the 3-position and the 5-position of the aromatic carboxylic acid, Can be performed.
본 발명은 상기 제조된 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 중합하여 폴리머를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 중합체는 한 가지 단량체를 사용하는 단일중합체이거나, 상기 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체 단량체 이외에, 공단량체로서 스티렌, 2,5-디메틸-2,4-헥사디엔(2,5-diemthyl-2,4-hexadiene), 디알릴 말리에이트(diallyl maleate)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공단량체를 중합한 공중합체(copolymer)일 수 있다. The present invention relates to a process for producing a polymer by polymerizing the 4-hydroxystyrene or a derivative thereof, wherein the polymer is a homopolymer using one monomer, or a polymer obtained by polymerizing 4-hydroxystyrene or a derivative thereof At least one comonomer selected from the group consisting of styrene, 2,5-diemthyl-2,4-hexadiene, and diallyl maleate as comonomers May be copolymerized.
본 발명은 화학적 및/또는 생물학적 전환을 이용해 방향족 단량체를 얻고 생물학적 방법으로 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 재생가능한 리그린으로부터 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 친환경적이고, 높은 특이성을 가지며 경제적으로 생산할 수 있다. 본 발명은 석유화학 원료 의존도를 완전히 탈피하고 비식용자원인 바이오매스를 원료로 이용하는데 초점을 맞추어, 저가의 리그닌을 원료로 하여 화학적 또는 생물학적 분해단계 공정을 거쳐 생산된 방향족 단량체들을 기질로 생물학적 공정에 의해 4-히드록시스티렌 또는 유도체를 얻을 수 있다. The present invention relates to a process for obtaining aromatic monomers using chemical and / or biological conversion and for the production of 4-hydroxystyrene or derivatives thereof by biological methods, wherein 4-hydroxystyrene or a derivative thereof from renewable lignin is environmentally friendly , Can be produced economically with high specificity. The present invention focuses on completely eliminating the dependence on petrochemical raw materials and using biomass as a raw material as a raw material, and it is a process for producing aromatic monomers produced through chemical or biological decomposition step process using low cost lignin as a raw material, To obtain 4-hydroxystyrene or a derivative thereof.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 화학식 2로 표시되는, 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 포함하는, 생물학적인 방법으로 하기 화학식 1을 갖는 4-히드록시스티렌 및 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the production of 4- (4-hydroxyphenyl) -4-hydroxy-4-methylphenylcarbamate having the following formula (1) by a biological method, comprising the step of contacting a substrate comprising an aromatic carboxylic acid having a 4- To a process for preparing hydroxystyrene and derivatives thereof.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이며, 바람직하게는 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다. 상기 C1-C4 알콕시기는 선형 또는 분지형일 수 있으며, 바람직하게는 메톡시 또는 에톡시이다. In the above general formulas (1) and (2), X and Y may be the same or different and are independently a hydrogen, a hydroxy or a C 1 -C 4 alkoxy group, preferably a hydroxy or a C 1 -C 4 alkoxy group. The C1-C4 alkoxy group may be linear or branched, and is preferably methoxy or ethoxy.
본 발명에 따라 얻어지는 화학식 1을 갖는 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체는 바람직하게는 4-히드록시스티렌, 3,4-디히드록시스티렌, 3-메톡시-4-히드록시스티렌, 3,5-디메톡시-4-히드록시스티렌이다.The 4-hydroxystyrene or its derivative having the formula (1) obtained according to the present invention is preferably 4-hydroxystyrene, 3,4-dihydroxystyrene, 3-methoxy-4-hydroxystyrene, -Dimethoxy-4-hydroxystyrene.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 화학식 2에서 X 및 Y가 동시에 수소가 아닌 경우에, 상기 화학식 2로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매를 처리한 후에, 처리와 동시에, 또는 처리하기 전에, 상기 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 추가로 접촉하는 단계를 포함하는 화학식 1의 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체의 제조방법에 관한 것이다. Another embodiment of the present invention is a process for preparing a compound of formula (2), wherein when X and Y are not hydrogen at the same time, it is preferable that the substrate containing an aromatic carboxylic acid having 4-hydroxy group Removing at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group at the 3-position, the 5-position or the 3-position and the 5-position of the aromatic carboxylic acid after the treatment with the catalyst, Hydroxystyrene or a derivative thereof represented by the general formula (1), which comprises the step of further contacting a biocatalyst.
상기 화학식 2의 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산, 바람직하게는 4-히드록시신남산 또는 이의 유도체이며, 구체적인 예는 4-히드록시신남산, 3,4-디히드록신남산, 3,4,5-트리히드록시신남산, 3-메톡시-4-히드록시신남산(Ferulic acid), 3,5-디메톡시-4-히드록시신남산 (Sinapinic acid) 등이다. Hydroxycinnamic acid or a derivative thereof, and specific examples thereof include 4-hydroxycinnamic acid, 3,4-dihydroxynnamic acid, 3,4, 5-trihydroxycinnamic acid, 3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid (Ferulic acid) and 3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid (Sinapinic acid).
상기 화학식 2로 표시되는 방향족 카르복실산은 화학적 공정 또는 생물학적 방법으로 제조될 수 있다. 화학적으로는 p-히드록시벤즈알데히드와 말론산을 아닐린 촉매를 매개로 반응시켜 얻을 수 있다(XU et. al., Chemical Intermediates, 2006-10; Wang et. al., Chemical Reagents, 2009-2; Vassilev et al., Comptes rendus de l'Academie bulgare des Sciences, Tome 34, No. 7, 1981, pp. 125-28). 또는 화학식 2의 화합은 식물에서 분리하거나 리그닌을 분해하여 얻을 수 있다. 또는 페닐알라닌 히드록실라제(PAL) 또는 티로신 암모니아 리아제(TAL) 활성을 포함하는 재조합 미생물에서 글루코스로부터 생산할 수도 있다(R. Benrief et al. Phytochemistry 47:825-832 (1998), US2002/0187207, US20030079255). The aromatic carboxylic acid represented by Formula 2 may be prepared by a chemical process or a biological process. Chemically, p-hydroxybenzaldehyde and malonic acid can be obtained by reaction with aniline catalyst (Xu et al., Chemical Intermediates, 2006-10; Wang et al., Chemical Reagents, 2009-2; Vassilev et al., Comptes rendus de l'Academie bulgare des Sciences, Tome 34, No. 7, 1981, pp. 125-28). Or the compound of formula (2) can be obtained by separating from plants or lysing lignin. Or from recombinant microorganisms that contain phenylalanine hydroxylase (PAL) or tyrosine ammonia lyase (TAL) activity (R. Benrief et al. Phytochemistry 47: 825-832 (1998), US2002 / 0187207, US20030079255 ).
일례로, 상기 화학식 2로 표시되는 4-히드록시신남산 또는 그 유도체는 리그닌을 화학적 및/또는 생물학적으로 분해한 리그닌 분해산물로서 얻을 수 있다. For example, the 4-hydroxycinnamic acid or its derivative represented by the formula (2) can be obtained as a lignin degradation product obtained by chemically and / or biologically degrading lignin.
본 발명의 리그닌에는 리그닌, 리그닌 유도체, 리그닌 단편 및 리그린-함유 물질이 포함된다. 리그닌 유도체는 페놀레이션(phenolation), 아세틸레이션(acetylation) 등의 화학반응으로 리그닌이 수식된 것을 의미하며, 리그닌 단편은 리그닌 또는 리그닌 유도체가 화학적 또는 생물학적으로 분해된 것을 의미한다.The lignin of the present invention includes lignin, lignin derivatives, lignin fragments, and lignin-containing materials. The lignin derivative means that the lignin is modified by a chemical reaction such as phenolation or acetylation, and the lignin fragment means that the lignin or lignin derivative is chemically or biologically decomposed.
리그닌은 바이오리파이너리 또는 펄프 공정에서 셀룰로스와 헤미셀룰로소를 분리해 낸 후 얻을 수 있으며, 생산 방법에 따라 kraft lignin (alkaline lignin), dealkaline lignin, hydrolytic lignin, organosolv lignin, sodium lignin sulfonate 등을 예로 들 수 있고, 리그노셀룰로오스 바이오에탄올 공정의 부산물인 리그닌 또한 적용 가능하다. 바이오매스에 존재하는 리그닌은 미세섬유를 둘러싸고 있는 방향족 중합체로서, 쿠머릴 알코올(coumaryl alcohol), 코니퍼릴 알코올(coniferyl alcohol), 시나필 알코올(sinapyl alcohol) 등의 페닐프로파노이드 (phenylpropanoid) 를 구성단위로 하여 탄소-탄소 결합 또는 탄소-산소 결합으로 복잡하게 중합된 수지상 구조로 이루는 물질이다.Lignin can be obtained after separating cellulose and hemicelluloses from biorefineries or pulp processes. Examples include kraft lignin (alkaline lignin), dealkaline lignin, hydrolytic lignin, organosolv lignin and sodium lignin sulfonate And lignin, a by-product of the lignocellulosic bioethanol process, is also applicable. The lignin present in the biomass is an aromatic polymer that surrounds the microfibers and contains phenylpropanoids such as coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, and sinapyl alcohol. Is a material composed of a dendritic structure which is complicatedly polymerized with carbon-carbon bonds or carbon-oxygen bonds as constituent units.
상기 리그닌 분해산물에는 바닐린 (vanillin), 시린알데히드 (syringaldehyde), p-히드록시벤즈알데히드(p-hydroxybenzaldehyde), p-쿠마릴알데히드 (p-Coumaryl aldehyde), 시납알데히드 (Sinapaldehyde), 코니퍼릴알데히드 (Coniferyl aldehyde), 신남알데하이드 (cinnamic aldehyde) 등의 방향족 알데히드, 시나필알코올 (Sinapyl alcohol), 코니퍼릴알코올 (Coniferyl alcohol), p-쿠마릴알코올 (p-Coumaryl alcohol) 등의 monolignol 방향족 알코올, 신남산(cinnamic acid), 4-히드록시신남산(4-hydroxycinnamic acid), 페룰린산 (ferulic acid) 및 시나핀산(sinapinic acid) 등의 방향족 카르복실산을 포함하는 방향족 단량체 혼합물이 포함되어 있으며, 본 발명의 화학식 2의 화합물이 포함된다. The degradation products of lignin include vanillin, syringaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, p-Coumaryl aldehyde, Sinapaldehyde, conipheryl aldehyde Monolignol aromatic alcohols such as aromatic aldehyde such as aliphatic aldehyde, coniferyl aldehyde and cinnamic aldehyde, cinnamic alcohol, coniferyl alcohol and p-coumaryl alcohol, A mixture of aromatic monomers including aromatic carboxylic acids such as cinnamic acid, 4-hydroxycinnamic acid, ferulic acid and sinapinic acid, The compounds of formula (2) of the invention are included.
상기 리그닌의 분해는 고온열분해 (pyrolysis), 가스화 (gasification), 수소화분해 (hydrogenolysis), 산분해 (acidolysis), 염기분해, 화학적 산화분해 (chemical oxidation), 임계상분해 (hydrolysis under supercritical condition) 및 효소적 분해(enzymatic degradation)로 이루어지는 군에서 선택되는 방법을 수행할 수 있다. The decomposition of lignin may be carried out at high temperatures such as pyrolysis, gasification, hydrogenolysis, acidolysis, base decomposition, chemical oxidation, hydrolysis under supercritical condition, A method selected from the group consisting of enzymatic degradation can be performed.
본 발명의 일례에서, 리그닌을 산분해 또는 염기분해하는 경우, 0.1-5 %(w/v)의 H2SO4, HCl 또는 HNO3, 또는 고농도 (0.5 내지 2.0 mol/L)의 NaOH, 또는 KOH 수용액 등을 처리하는 것이 바람직하다. 산 처리와 염기 처리는 약 80 내지 350 ℃에서 5 내지 120 분의 조건이 바람직하다.In one example of the invention, 0.1 to 5% (w / v) H 2 SO 4 , HCl or HNO 3 , or a high concentration (0.5 to 2.0 mol / L) of NaOH, or KOH aqueous solution or the like. The acid treatment and the base treatment are preferably carried out at about 80 to 350 DEG C for 5 to 120 minutes.
열분해법에 의한 리그닌 분해는, 고압반응기를 이용하여 350 내지 650 ℃의 고온에서 열분해 (pyrolysis)를 통해 리그닌을 분해 수 있고, nitrobenzene, KMnO4, H2O2, Zeolite 등 분해 작용을 돕는 촉매들을 사용하여 분해 효율을 높일 수 있다. 또한 수소화 분해법 (hydrogenolysis) 및 임계상 분해법 (hydrolysis under supercritical condition) 등의 여러 물리화학적 분해 방법을 이용할 수 있다. The decomposition of lignin by pyrolysis can be performed by pyrolysis at a high temperature of 350 to 650 ° C using a high-pressure reactor, and decomposition of lignin can be carried out by using catalysts for decomposing nitrobenzene, KMnO 4 , H 2 O 2 and zeolite The decomposition efficiency can be increased. Also, various physico-chemical decomposition methods such as hydrogenolysis and hydrolysis under supercritical condition can be used.
상기 리그닌 분해 반응은 분해반응을 최적화하기 위해서 2 내지 20 bar의 산소 압력 하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분해 방법들의 반응시간은 200 분 이하가 바람직하지만 적절히 조절할 수 있다. The lignin decomposition reaction is preferably carried out under an oxygen pressure of 2 to 20 bar in order to optimize the decomposition reaction. The reaction time of the above decomposition methods is preferably 200 minutes or less, but can be appropriately adjusted.
본 발명의 화학식 2의 4-히드록시를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질과 접촉하여 화학식 2의 카르복실기를 제거하는 활성을 가지는 생촉매로서, 화학식 2의 카르복실기를 제거할 수 있는 효소라면 어떠한 효소라도 포함한다. 상기 효소는 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매의 구체적인 예는 쿠마릭산 데카르복실라제 (p-coumaric acid decarboxylase, EC 4.1.1.-), 카페익산 데카르복실라제 (caffeic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-.), 페룰릭산 데카르복실라제 (ferulic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-.), 트랜스-신남산 데카르복실라제 (trans-cinnamic acid decaroboxylase, EC 4.1.1.-.), 페놀릭산 데카르복실라제 (phenolic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-.), 4-히드록시벤조산 데카르복실라제 (4-hydroxybenzoate decarboxylase, EC 4.1.1.61), 아미노벤조산 데카르복실라제 (aminobenzoate decarboxylase, EC 4.1.1.24), 프로토카테추에이트 데카르복실라제 (protocatechuate decarboxylase, EC 4.1.1.63), 오셀리네이트 데카르복실라제 (Orsellinate decarboxylase, EC 4.1.1.58), 갈레이트 데카르복실라제 (Gallate decarboxylase, EC 4.1.1.59), 4,5-디히드록시프탈레이트 데카르복실라제 (4,5-Dihydroxyphthalate decarboxylase, EC 4.1.1.55), 3,4-디히드록시프탈레이트 데카르복실라제 (3,4-dihydroxyphthalate decarboxylase, EC 4.1.1.69), 3-히드록시-2-메틸피리딘-4,5-디카르복실레이트 4-데카르복실라제 (3-hydroxy-2-methylpyridine-4,5-dicarboxylate 4-decarboxylase, EC 4.1.1.51) 및 페닐포스페이트 데카르복실라제(phenylphosphate decarboxylase, EC.4.1.1-)로 이루어지는 군에서 선택된 효소, 상기 효소를 포함하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물일 수 있다. As the biocatalyst having the activity of removing the carboxyl group of the formula (2) by contacting with the substrate containing the aromatic carboxylic acid having the 4-hydroxy group of the formula (2) of the present invention, the enzyme capable of removing the carboxyl group of the formula . The enzyme is not particularly limited, but specific examples of the biocatalyst for removing the carboxyl group include p-coumaric acid decarboxylase (EC 4.1.1.-), caffeic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-), ferulic acid decarboxylase (EC 4.1.1.-.), Trans-cinnamic acid decaroboxylase (EC 4.1.1.-.) Phenolic acid decarboxylase (EC 4.1.1.-), 4-hydroxybenzoate decarboxylase (EC 4.1.1.61), aminobenzoate decarboxylase (EC 4.1.1.61), aminobenzoate decarboxylase 4.1.1.24), protocatechuate decarboxylase (EC 4.1.1.63), Orsellinate decarboxylase (EC 4.1.1.58), Gallate decarboxylase (EC 4.1. 1.59), 4,5-dihydroxyphthalate Dihydroxyphthalate decarboxylase (EC 4.1.1.55), 3,4-dihydroxyphthalate decarboxylase (EC 4.1.1.69), 3-hydroxy-2- (3-hydroxy-2-methylpyridine-4,5-dicarboxylate 4-decarboxylase, EC 4.1.1.51) and phenylphosphate decarboxylase .4.1.1-), the microorganism containing the enzyme, the microorganism lysate, or an extract of the microorganism lysate.
상기 효소의 예로는 상기 페놀릭산 데카르복실라제 (EC 4.1.1.-)는 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 단백질일 수 있다. 구체적으로 본 발명 효소의 일례로, GenBank No.(또는 GO No.) GO:0016831, GO:0018799, GO:0047662, GO:0050223, GO:0050159, GO:0018798, GO:0018796, GO:0047556, GO:0047431 등이 포함된다.As an example of the enzyme, the phenolic acid decarboxylase (EC 4.1.1.-) may be a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. (Or GO No.) GO: 0016831, GO: 0018799, GO: 0047662, GO: 0050223, GO: 0050159, GO: 0018798, GO: 0018796, GO: 0047556, GO: 0047431.
상기 화학식 2의 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치, 또는 3위치와 5위치 모두에서, 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매는 안트라닐산 생성효소(anthranilate synthase (EC 4.1.3.27)), 아미노데옥시코리스메이트 리아제(aminodeoxychorismate lyase (EC 4.1.3.38)), 코리스메이트 리아제(chorismate lyase (EC 4.1.3.40)), 3-데히드로퀴네이트 히드로-리아제(3-dehydroquinate hydro-lyase (EC 4.2.1.10)), 3-데히드로시키메이트 히드로-리아제(3-dehydroshikimate hydro-lyase (EC 4.2.1.118)), 프레페네이트 히드로-리아제(prephenate hydro-lyase (EC 4.2.1.51)), 5-O-(1-카르복시비닐)-3-포스포시키메이트 포스페이트-리아제(5-O-(1-carboxyvinyl)-3-phosphoshikimate phosphate-lyase (EC 4.2.3.5)), 이소코리스메이트 리아제(isochorismate lyase (EC 4.2.99.21)) 및 히드록시페닐피루베이트 생성효소(hydroxyphenylpyruvate synthase (EC 5.4.99.5))로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 효소, 상기 효소를 생산하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물일 수 있다. The biocatalyst which removes at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group in the 3-position, the 5-position, or the 3-position and the 5-position of the aromatic carboxylic acid of Formula 2 is anthranilate synthase (EC 4.1.3.27)), aminodeoxychorismate lyase (EC 4.1.3.38), chorismate lyase (EC 4.1.3.40), 3-dehydroquinone hydrolase 3-dehydroquinate hydro-lyase (EC 4.2.1.10)), 3-dehydroshikimate hydro-lyase (EC 4.2.1.118), prephenate hydrolyase EC 4.2.1.51), 5-O- (1-carboxyvinyl) -3-phosphoximate phosphate-lyase (EC 4.2.3.5) ), Isochorismate lyase (EC 4.2.99.21), and hydroxyphenyl pyruvate generation enzyme (Hydroxyphenylpyruvate synthase (EC 5.4.99.5)), the microorganism producing the enzyme, the microorganism lysate or the microorganism lysate.
일례로 아미노데옥시코리스메이트 리아제(ADC Lyase)는 서열번호 4의 아미노산 서열(ADC lyase)을 포함하는 효소일 수 있다. For example, the amino deoxycholyase (ADC Lyase) may be an enzyme comprising the amino acid sequence (ADC lyase) of SEQ ID NO: 4.
구체적으로 본 발명 효소의 일례로, Gene Ontology Number(GO No.) GO:004049, GO:005950, GO:004107, GO:008813, GO:0046565, GO:0043904, GO:008696, GO:004664, GO:003855, GO:004106 등이 포함된다. 상기 효소 및 이를 코딩하는 유전자는 아래와 같은 예를 들 수 있다:Specifically, examples of the enzyme of the present invention include Gene Ontology Number (GO No.) GO: 004049, GO: 005950, GO: 004107, GO: 008813, GO: 0046565, GO: 0043904, GO: 008696, GO: 004664, GO : 003855, GO: 004106, and the like. Examples of the enzyme and the gene encoding the same include the following examples:
일반적으로 효소는 여러 유사한 기질에 대해 활성을 나타낼 수 있으며 알려진 기질이 아닌 기질에 대해서도 활성을 나타낼 수 있다. 또한 효소는 기질마다 활성에 있어 차이를 보이는데, 효소의 변이, 방향진화(directed evolution) 등을 유도하여 효소의 기질에 대한 활성을 증가시키거나 기질 특이성을 변경할 수도 있다. 본 발명의 일례로, 화학식 2의 화합물에 대한 기질 특이성이나 효소활성을 증가시키는 방향으로 본 발명의 효소를 변이 또는 진화시켜 본 발명 생성물의 생산을 증가시킬 수 있다. In general, enzymes can exhibit activity against a variety of similar substrates and can also exhibit activity against substrates that are not known substrates. In addition, enzymes show differences in activity from substrate to substrate, which may induce enzyme mutation, directed evolution, etc., to increase enzyme activity or substrate specificity. In one example of the present invention, the enzyme of the present invention may be mutated or evolved to increase the substrate specificity or enzyme activity of the compound of formula (2) to increase the production of the product of the present invention.
본 발명의 생촉매는 효소, 상기 효소를 포함하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물을 포함한다. 상기 기질과 생촉매를 접촉시키는 단계는 각 기질로부터 생성물을 제조가능한 충분한 조건하에서, 상기 효소, 효소를 포함하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물을, 상기 기질과 접촉하거나 상기 기질을 포함하는 배지에서 상기 미생물을 배양하는 방법으로 수행할 수 있다.The biocatalyst of the present invention includes an enzyme, a microorganism containing the enzyme, a microorganism lysate thereof, or an extract of a microorganism lysate. Contacting the substrate with the biocatalyst can be carried out by contacting the enzyme, the microorganism comprising the enzyme, the microbial debris or the microbial debris with an extract, in contact with or contacting the substrate, under conditions sufficient to produce a product from each substrate, And culturing the microorganism in a medium.
본 발명 각 단계의 생물학적 반응은 효소 또는 효소를 포함하는 미생물 등과 접촉하거나 상기 기질을 포함하는 배지에서 상기 미생물을 배양하는 것인 방법일 수 있다. 상기 효소 반응은 pH 5.0 내지 pH 10.0 범위에서 이루어질 수 있으며, 최적 pH 는 상기 범위 내에서 각 효소의 특성에 따라 달라질 수 있다. 또한 상기 효소 반응은 온도 25℃ 내지 50℃ 범위에서 이루어질 수 있으며, 최적 온도는 각 효소의 특성에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일례에서는 전환온도는 30℃ 내지 37℃일 수 있다. The biological reaction of each step of the present invention may be a method of contacting the microorganism or the like containing an enzyme or an enzyme or culturing the microorganism in a medium containing the substrate. The enzyme reaction may be carried out at a pH ranging from pH 5.0 to pH 10.0, and the optimum pH may vary depending on the characteristics of each enzyme within the above ranges. Also, the enzyme reaction may be performed at a temperature ranging from 25 ° C to 50 ° C, and the optimum temperature may vary depending on the characteristics of each enzyme. In one example of the present invention, the conversion temperature may be from 30 캜 to 37 캜.
본 발명의 구현 예에 있어서, 본 발명의 각 단계를 수행하는 미생물은 재조합 또는 천연형(wild-type)일 수 있으며, 재조합 미생물은 상기 효소를 암호화하는 유전자가 재조합 방법으로 숙주세포에 도입된 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the microorganism performing each step of the present invention may be a recombinant or wild-type, and the recombinant microorganism is one in which the gene encoding the enzyme is introduced into the host cell by recombinant method .
본 발명의 구체적 일례에서, 재조합 효소를 사용하는 경우는 1) 상기 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 과정; 2) 상기 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하고 배양하는 과정; 3) 상기 숙주세포로부터 효소를 생산하는 과정; 및 4) 상기 효소와 기질을 반응시키는 단계를 포함한다. 상기 기질과 반응하는 효소는 정제 또는 비정제된 것일 수 있다. In a specific example of the present invention, when a recombinant enzyme is used, 1) a step of preparing an expression vector comprising a gene encoding the enzyme; 2) transforming the expression vector into a host cell and culturing it; 3) a step of producing an enzyme from the host cell; And 4) reacting the enzyme with the substrate. The enzyme that reacts with the substrate may be purified or unpurified.
상기 재조합 발현 벡터의 제조시 4-히드록시스티렌 및 그 유도체의 생산에 사용될 수 있는 발현벡터로는 유전자 재조합 방법에 이용되는 어떠한 벡터라도 사용될 수 있다. 구체적으로는 상기 재조합 발현 벡터로 형질전환되는 숙주세포가 대장균일 수 있으나, 재조합 발현 벡터로 형질전환되어 목적하는 유전자를 발현하고 활성이 있는 효소 단백질을 생산할 수 있는 균주라면 박테리아, 곰팡이, 또는 효모 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. As the expression vector which can be used in the production of the 4-hydroxystyrene and the derivative thereof in the production of the recombinant expression vector, any vector used in the genetic recombination method can be used. Specifically, the host cell transformed with the recombinant expression vector may be Escherichia coli. However, if the strain is capable of producing an enzyme protein that expresses a desired gene and is active with a recombinant expression vector, it may be a bacterial strain, a fungus, or a yeast Either can be used.
본 발명에 따른 얻어진 4-히드록시스티렌 또는 이들의 유도체는 액정 고분자(liquid crystalline polymer)의 생산에 있어 단량체나 레진, 엘라스토머, 코팅제 의 생산 등 다양한 적용분야에서 사용될 수 있으며, 단독 또는 다른 공단량체와 함께 중합하여 중합체를 제조하여 사용될 수 있다. The obtained 4-hydroxystyrene or derivatives thereof according to the present invention can be used in various applications such as production of monomers, resins, elastomers and coatings in the production of liquid crystalline polymers, and can be used alone or in combination with other comonomers And then polymerized together to prepare a polymer.
본 발명의 또 다른 일예는, 상기 방법으로 하기 화학식 2로 표시되는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질로부터 하기 화학식 1의 4-히드록시스티렌 또는 그 유도체를 제조하는 단계; 및 상기 4-히드록시스티렌 또는 그 유도체를 중합하여 폴리머를 제조하는 방법을 제공한다. 화학식 1 및 2에 관한 정의는 상기 기술한 바와 동일하다. 상기 화학식 1로 표시되는 4-히드록시스티렌 또는 그 유도체는 (a) 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매와 (b) 선택적으로 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 접촉하여 얻을 수 있으며, 얻어진 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 단량체로 중합하여 중합체를 제조할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing 4-hydroxystyrene or a derivative thereof, comprising: preparing 4-hydroxystyrene or a derivative thereof from a substrate comprising an aromatic carboxylic acid represented by the following formula 2: And a method of polymerizing the 4-hydroxystyrene or a derivative thereof to prepare a polymer. The definitions of the formulas (1) and (2) are the same as those described above. The 4-hydroxystyrene represented by the above formula (1) or its derivative is obtained by reacting (a) a biocatalyst which removes the carboxyl group and (b) a hydroxyl group at the 3-position, 5-position or 3-position and 5-position of the aromatic carboxylic acid, And a C1-C4 alkoxy group. The obtained 4-hydroxystyrene or its derivative may be polymerized with a monomer to prepare a polymer.
상기 중합단계는 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 단량체로 중합하여 단일중합체(homopolymer)를 제조할 수도 있고, 상기 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체 단량체와, 공단량체로서 스티렌, 2,5-디메틸-2,4-헥사디엔(2,5-diemthyl-2,4-hexadiene) 및 디알릴 말리에이트(diallyl maleate)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공단량체을 중합하여 공중합체(copolymer)를 제조할 수도 있다. In the polymerization step, 4-hydroxystyrene or a derivative thereof may be polymerized with a monomer to prepare a homopolymer, and the 4-hydroxystyrene or derivative monomer thereof and styrene, 2,5-dimethyl A copolymer may be prepared by polymerizing at least one comonomer selected from the group consisting of 2,5-diemthyl-2,4-hexadiene and diallyl maleate. have.
상기 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 중합하는 공정의 조건은 통상의 이들 중합조건을 적용할 수 있으며 특별히 제한하지 않는다.
The conditions for the step of polymerizing the 4-hydroxystyrene or derivative thereof are not particularly limited as long as they can be applied under ordinary polymerization conditions.
본 발명에 따른 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법, 및 이를 활용한 중합체 제조방법은, 화학 공정에 비하여 높은 특이성을 가지는 생물학적 방법으로 4-히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 얻을 수 있으며, 또한 리그닌을 원료로 하여 경제적이고 효율적으로 리그닌 분해산물을 얻고 이를 기질로 하여 친환경적이고 경제적인 방법으로 히드록시스티렌 또는 이의 유도체를 얻을 수 있다.
The method for producing 4-hydroxystyrene or derivative thereof according to the present invention and the method for producing a polymer using the same can obtain 4-hydroxystyrene or a derivative thereof by a biological method having a higher specificity than a chemical process, In addition, using lignin as a raw material, hydroxystyrene or a derivative thereof can be obtained in an economical and economical manner using the lignin degradation product economically and efficiently as a substrate.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
<방향족 단량체의 분석>≪ Analysis of aromatic monomers >
리그닌 유래 페놀성 단량체들 및 4-히드록시스티렌들의 정량분석은 Waters e2695 HPLC와 Waters 2489 UV/Vis (254 nm, 280 nm)검출기를 이용하여 분석하였다. 칼럼은 Xbridge C18 (4.6 x 150 mm, 5 μm)을 사용하였고, 칼럼 온도는 35℃, 이동상의 흐름속도는 1 mL/min을 사용하였다. 이동상으로는 A) 0.1% 포름산이 첨가된 5% 아세토니트릴 수용액, B) 0.1% 포름산이 첨가된 50% 아세토니트릴 수용액을 사용하였고, 기울기 조건으로 1.5 min (0% B), 9.5 min (20% B), 16.5 min (60% B), 21.5 min (76% B), 25 min (100% B), 33 min (100% B)를 사용하였고, 다음 샘플의 분석전에 평형화 시간으로 초기조건에서 6분간 유지하였다. Quantitative analysis of lignin-derived phenolic monomers and 4-hydroxystyrene were analyzed using a Waters e2695 HPLC and a Waters 2489 UV / Vis (254 nm, 280 nm) detector. Columns were Xbridge C18 (4.6 x 150 mm, 5 μm), column temperature was 35 ° C and flow rate of mobile phase was 1 mL / min. (0% B) and 9.5 min (20% B) in a gradient condition, using a 5% acetonitrile aqueous solution containing 0.1% formic acid and a 50% acetonitrile aqueous solution containing 0.1% formic acid. ), 16.5 min (60% B), 21.5 min (76% B), 25 min (100% B) and 33 min Respectively.
4-히드록시신남산, 페룰린산, 시나핀산 등을 포함하는 리그닌 유래 페놀성 단량체들 농도는 HPLC와 ESI-MS/MS (Waters TQD)를 이용하여 확인하였다. HPLC의 조건은 상기 HPLC 조건과 동일하게 사용하였고, Mass spectrometry의 조건은 표준용액을 이용하여 최적화하였다. 이온화 방법은 음이온화 방법을 사용하였고, capillary voltage (3 kV), cone voltage (25 V), source temperature (120 ℃), desolvation temperature (300 ℃), desolvation gas flow (600 L/hr, N2), cone gas flow (60 L/hr, N2)의 최적화된 조건을 사용하였다. 표준용액의 결과와 비교함으로써, HPLC-ESI-MS/MS에서 생성 피크를 스캔모드 (50~200, m/z)에서 분자이온과 collision energy가 주어졌을 때의 특이적인 조각 이온의 생성으로 확인하였다.
Concentrations of lignin-derived phenolic monomers including 4-hydroxycinnamic acid, ferulic acid, cinnamic acid, and the like were confirmed using HPLC and ESI-MS / MS (Waters TQD). HPLC conditions were the same as the above HPLC conditions, and mass spectrometry conditions were optimized using a standard solution. The ionization method used anionization method and the capillary voltage (3 kV), cone voltage (25 V), source temperature (120 ℃), desolvation temperature (300 ℃), desolvation gas flow (600 L / Cone gas flow (60 L / hr, N2) was used. Compared with the results of the standard solutions, the peaks generated in HPLC-ESI-MS / MS were identified by the generation of specific fragment ions when given molecular ion and collision energy in scan mode (50-200, m / z) .
실시예Example 1: 4- 1: 4- 히드록시스티렌Hydroxystyrene 생산 production
1-1: 1-1: 페놀릭산Phenolic acid 데카르복실라제Decarboxylase 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터 및 형질전환 미생물 제조 A recombinant expression vector containing the gene and a transgenic microorganism preparation
페놀릭산 데카르복실라제 (Phenolic acid decarboxylase, PADC)를 제조하기 위하여, Bacillus subtilis (strain 168) 균주로부터 유래한 padC유전자를 클로닝하였다. 우선 B. subtilis ATCC 6051 로부터 게놈 DNA를 추출하였다. padC유전자를 코딩하는 염기서열(Genbank Accession Number; AAC46254.1.)을 기초로 하여 각각 다음의 프라이머를 고안하였다.In order to prepare phenolic acid decarboxylase (PADC), the padC gene derived from Bacillus subtilis strain 168 was cloned. First, genomic DNA was extracted from B. subtilis ATCC 6051. The following primers were devised on the basis of the base sequence coding for the pad C gene (Genbank Accession Number; AAC46254.1.).
(정방향 프라이머1): (Forward primer 1):
5'-AAACATATGGAAAACTTTATCGGAAGCCA-3'(서열번호 5)5'-AAACATATGGAAAACTTTATCGGAAGCCA-3 '(SEQ ID NO: 5)
(역방향 프라이머1): (Reverse primer 1):
5'-AAACTCGAGTAATCTTCCCGCGCGAATAT-3'(서열번호 6)5'-AAACTCGAGTAATCTTCCCGCGCGAATAT-3 '(SEQ ID NO: 6)
상기 프라이머를 이용하여 B. subtilis게놈 DNA로부터 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 padC유전자를 증폭하였다.The primer was used to amplify the pad C gene by PCR (PCR) from B. subtilis genomic DNA.
PCR 조성은 주형 100 ng, 프라이머 각각 10 pmol, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR 버퍼, 2.5U Taq 폴리머라아제를사용하였으며 반응액의 총 부피는 50 ㎕로 하였다. PCR의 DNA 증폭 반응 조건은 94℃, 5분의 프리-디네이쳐레이션(pre-denaturation)에 이어 94℃, 디네이쳐레이션 1분; 55℃ 어닐링(annealing) 30초; 72℃ 엘롱게이션(elongation) 1분을 30 사이클로 하였으며, 최종 신장을 위하여 72℃에서 5분간 포스트-폴리머라이제이션(post-polymerization)을 하였다. For PCR, 100 ng of template, 10 pmol of each primer, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR buffer, and 2.5 U Taq polymerase were used, and the total volume of the reaction solution was 50 μl. The DNA amplification reaction conditions of the PCR were 95 ° C pre-denaturation at 94 ° C followed by 94 ° C, denaturation 1 min; 55 占 폚 annealing 30 seconds; 72 ° C elongation for 1 minute was 30 cycles and post-polymerization was carried out at 72 ° C for 5 minutes for final elongation.
증폭된 유전자는 각각 NdeI /XhoI 제한효소로 절단한 후, T4 DNA 리가아제를 이용하여 같은 제한효소로 절단된 플라스미드 벡터 pET28a(Novagen 사)에 삽입하여 pET28a/PADC 벡터를 제작하였다. PCR및 클로닝 결과는 1.2% 아가로오즈 전기영동으로 판정하였다.The amplified genes were digested with NdeI / XhoI restriction enzymes and inserted into plasmid vector pET28a (Novagen), which was digested with the same restriction enzymes using T4 DNA ligase, to construct a pET28a / PADC vector. PCR and cloning results were determined by 1.2% agarose electrophoresis.
상기와 같이 얻은 재조합 발현 벡터는 통상적인 형질전환방법에 의하여 대장균 BL21(DE3) 균주에 형질전환하였다. 또한, 상기 형질전환된 미생물은 15% 글리세롤 용액을 첨가하여 냉동 보관하여 추후 효소 생산을 위한 배양을 실시할 수 있도록 하였다.
The recombinant expression vector thus obtained was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) by a conventional transformation method. In addition, the transformed microorganism was added with a 15% glycerol solution and stored in a freezer for subsequent cultivation for enzyme production.
1-2: 1-2: 페놀릭산Phenolic acid 데카르복실라제의Decarboxylase 생산 production
페놀릭산 데카르복실라제 효소를 대량 생산하기 위하여, 냉동 보관된 재조합 대장균 BL21(DE3) 균주를 LB 배지 5 ㎖이 들어있는 시험관(test tube)에 접종하고 600 ㎚에서 흡광도가 2.5이 될 때까지 37℃의 진탕 배양기로 종균 배양을 실시하였다. 그 다음 상기 종균 배양된 배양액을 LB 배지 100 ㎖이 들어있는 300 ㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였다. 또한, 600 ㎚에서의 흡광도가 0.6이 될 때, 0.5 mM IPTG를 첨가하여 효소의 대량 발현을 유도하였다. 상기 과정 중의 교반속도는 250 rpm, 배양 온도는 30℃가 유지하도록 조절하고, IPTG를 첨가한 후에 같은 조건으로 6시간 동안 배양하였다.In order to mass-produce the phenolic acid decarboxylase enzyme, the frozen recombinant Escherichia coli BL21 (DE3) strain was inoculated into a test tube containing 5 ml of LB medium and incubated at 37 째 C until the absorbance was 2.5 at 600 nm Lt; / RTI > culture medium. Then, the culture medium of the seed culture was added to a 300 ml flask containing 100 ml of LB medium, and the culture was carried out. Also, when the absorbance at 600 nm was 0.6, 0.5 mM IPTG was added to induce the large-scale expression of the enzyme. The agitation speed was 250 rpm and the incubation temperature was maintained at 30 ° C. After adding IPTG, the cells were incubated for 6 hours under the same conditions.
또한, 상기 형질전환된 균주의 배양액을 4,000pm로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고, PBS완충용액으로 두 번 세척한 다음 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)을 첨가하여 상기 세포 용액을 초음파 파쇄기로 파쇄하였다. 상기 세포 파쇄물은 다시 13,000rpm으로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 세포 펠렛은 제거한 다음 세포 상등액만을 얻어 Ni-NTA His-Tag 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제한 효소는 원심분리필터(10 kDa)를 사용하여 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)으로 교환한 후 농축하여 단백질 정량법 (Bradford 분석법)을 통해 농도를 측정한 후, 최종적으로 5mg/mL 농도로 제조하였고, 이를 4-히드록시스티렌 생산에 사용하였다.
The culture of the transformed strain was centrifuged at 4,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C, washed twice with PBS buffer, and then added with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) Was crushed by an ultrasonic crusher. The cell lysate was further centrifuged at 13,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C. Cell pellet was removed, and the cell supernatant was obtained, and the enzyme was purified by Ni-NTA His-Tag chromatography. The purified enzyme was exchanged with a 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) using a centrifugal filter (10 kDa), concentrated, and the concentration was measured by protein assay (Bradford assay) mL, and used for the production of 4-hydroxystyrene.
1-3: 4-히드록시스티렌의 생산 1-3: Production of 4 -hydroxystyrene
10 mM PBS 버퍼용액 170 μL에 5mg/L 농도의 실시예 1-2에서 정제한 페놀릭산 데카르복실라제 20 μL 와 20 mM의 4-히드록시신남산(Sigma사) 10 μL을 혼합하여 37℃ 항온조에서 3시간 반응시켰다. 반응 종료 후 시료에 9배 부피의 메탄올을 첨가하여 추출한 후 주사기 필터 (0.22 마이크로미터)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석샘플을 준비한 후 4-히드록시스티렌의 생성과 농도는 HPLC로 확인하여 분석하였다 (표 3). 20 μL of phenolic acid decarboxylase purified in Example 1-2 at a concentration of 5 mg / L and 10 μL of 20 mM 4-hydroxycinnamic acid (Sigma) were mixed with 170 μL of a 10 mM PBS buffer solution, For 3 hours. After completion of the reaction, 9-fold volume of methanol was added to the sample for extraction, and impurities were removed using a syringe filter (0.22 micrometer) to prepare analytical samples. The production and concentration of 4-hydroxystyrene were confirmed by HPLC (Table 3).
또한, 4-히드록시신남산 대신에 페룰린산(Sigma사)에 대해서도 상기와 같이 동일한 방법으로 효소반응을 수행하고 분석결과를 표 3에 제시하였다. Also, ferulic acid (Sigma) was used instead of 4-hydroxycinnamic acid in the same manner as described above, and the results of the analysis are shown in Table 3.
상기에서 보는 바와 같이, PADC에 의하여 4-히드록시신남산이 4-히드록시스티렌으로, 페룰린산이 3-메톡시-4-히드록시스티렌으로 전환됨을 알 수 있다.
As can be seen from the above, PADC shows that 4-hydroxycinnamic acid is converted to 4-hydroxystyrene and ferulic acid is converted to 3-methoxy-4-hydroxystyrene.
실시예Example 2: 다단계 효소반응을 통한 4- 2: 4- 히드록시스티렌Hydroxystyrene 제조 Produce
2-1: 2-1: ADCADC LyaseLyase 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터 및 형질전환 미생물 제조 A recombinant expression vector containing the gene and a transgenic microorganism preparation
아미노데옥시코리스메이트 리아제(aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase)를 제조하기 위하여, S. cerevisiae 균주로부터 유래한 ADC lyase유전자를 클로닝하였다. 우선 S. cerevisiae KCCM 50712로부터 게놈 DNA를 추출하였다. S. cerevisiae KCCM 50712의 ADC lyase를 코딩하는 염기서열 (Genbank Accession Number; DAA10190.1)을 기초로 하여 각각 다음의 프라이머를 고안하였다.In order to prepare aminodeoxychorismate lyase (ADC lyase), ADC lyase gene derived from S. cerevisiae strain was cloned. First, genomic DNA was extracted from S. cerevisiae KCCM 50712. Based on the nucleotide sequence (Genbank Accession Number; DAA10190.1) coding for the ADC lyase of S. cerevisiae KCCM 50712, the following primers were devised, respectively.
(정방향 프라이머 1)(Forward primer 1)
5'-AAACATATGTCACTAATGGACAATTGGAA-3'(서열번호 7)5'-AAACATATGTCACTAATGGACAATTGGAA-3 '(SEQ ID NO: 7)
(역방향 프라이머 2)(Reverse primer 2)
5'-AAACTCGAGATATTTTGTCTTCACTGTTC-3'(서열번호 8)5'-AAACTCGAGATATTTTTCTTCACTGTTC-3 '(SEQ ID NO: 8)
상기 프라이머를 이용하여 S. cerevisiae KCCM 50712게놈에 대해 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 ADC lyase 유전자의 염기서열을 증폭하였다.PCR was performed on S. cerevisiae KCCM 50712 genome using the above primers to amplify the base sequence of the ADC lyase gene.
PCR 조성은 주형 100 ng, 프라이머 각각 10 pmol, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR 버퍼, 2.5U Taq 폴리머라아제를사용하였으며 반응액의 총 부피는 50 ㎕로 하였다. PCR의 DNA 증폭 반응 조건은 94℃, 5분의 프리-디네이쳐레이션(pre-denaturation)에 이어 94℃, 디네이쳐레이션 1분; 55℃ 어닐링(annealing) 30초; 72℃ 엘롱게이션(elongation) 3분를 30 사이클로 하였으며, 최종 신장을 위하여 72℃에서 5분간 포스트-폴리머라이제이션(post-polymerization)을 하였다. For PCR, 100 ng of template, 10 pmol of each primer, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR buffer, and 2.5 U Taq polymerase were used, and the total volume of the reaction solution was 50 μl. The DNA amplification reaction conditions of the PCR were 95 ° C pre-denaturation at 94 ° C followed by 94 ° C, denaturation 1 min; 55 占 폚 annealing 30 seconds; 72 ° C elongation 3 minutes was 30 cycles and post-polymerization was carried out at 72 ° C for 5 minutes for final elongation.
증폭된 유전자는 각각 NdeI /XhoI 제한효소로 절단한 후, T4 DNA 리가아제를 이용하여 같은 제한효소로 절단된 플라스미드 벡터 pET28a(Novagen 사)에 삽입하여 pET28a/ADCL 벡터를 제작하였다. PCR및 클로닝 결과는 1.2% 아가로오즈 전기영동으로 판정하였다.The amplified genes were digested with NdeI / XhoI restriction enzymes and inserted into a plasmid vector pET28a (Novagen) digested with the same restriction enzymes using T4 DNA ligase to construct a pET28a / ADCL vector. PCR and cloning results were determined by 1.2% agarose electrophoresis.
상기와 같이 얻은 재조합 발현 벡터는 통상적인 형질전환방법에 의하여 대장균 BL21(DE3) 균주에 형질전환하였다. 또한, 상기 형질전환된 미생물은 15% 글리세롤 용액을 첨가하여 냉동 보관하여 추후 효소 생산을 위한 배양을 실시할 수 있도록 하였다.
The recombinant expression vector thus obtained was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) by a conventional transformation method. In addition, the transformed microorganism was added with a 15% glycerol solution and stored in a freezer for subsequent cultivation for enzyme production.
2-2: 2-2: ADCADC lyaselyase 의 제조Manufacturing
ADC lyase를 대량 생산하기 위하여, 냉동 보관된 단계 1의 재조합 대장균 BL21(DE3) 균주를 LB 배지 5 ㎖이 들어있는 시험관(test tube)에 접종하고 600 ㎚에서 흡광도가 2.5이 될 때까지 37℃의 진탕 배양기로 종균 배양을 실시하였다. 그 다음 상기 종균 배양된 배양액을 LB 배지 100 ㎖이 들어있는 300 ㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였다. 또한, 600 ㎚에서의 흡광도가 0.6이 될 때, 0.5 mM IPTG를 첨가하여 효소의 대량 발현을 유도하였다. 상기 과정 중의 교반속도는 250 rpm, 배양 온도는 33℃가 유지하도록 조절하고, IPTG를 첨가한 후에 같은 조건으로 6시간 동안 배양하였다.In order to mass-produce ADC lyase, the cryopreserved step 1 recombinant E. coli BL21 (DE3) strain was inoculated into a test tube containing 5 ml of LB medium and incubated at 37 ° C until the absorbance at 2.5 The seed culture was carried out with a shaking incubator. Then, the culture medium of the seed culture was added to a 300 ml flask containing 100 ml of LB medium, and the culture was carried out. Also, when the absorbance at 600 nm was 0.6, 0.5 mM IPTG was added to induce the large-scale expression of the enzyme. The agitation speed was 250 rpm and the incubation temperature was maintained at 33 ° C. After adding IPTG, the cells were incubated for 6 hours under the same conditions.
또한, 상기 형질전환된 균주의 배양액을 4,000×g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고, PBS완충용액으로 두 번 세척한 다음 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)을 첨가하여 상기 세포 용액을 초음파 파쇄기로 파쇄하였다. 상기 세포 파쇄물은 다시 13,000×g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 세포 펠렛은 제거한 다음 세포 상등액만을 얻어 Ni-NTA His-Tag 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제한 효소는 원심분리필터(10 kDa)를 사용하여 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)으로 교환한 후 농축하여 단백질 정량법 (Bradford 분석법)을 통해 농도를 측정한 후, 최종적으로 5mg/mL 농도로 제조하였고, 이를 반응에 사용하였다.
The culture of the transformed strain was centrifuged at 4,000 x g for 20 minutes at 4 ° C, washed twice with PBS buffer, and then added with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) The solution was disrupted with an ultrasonic disrupter. The cell lysate was centrifuged again at 13,000 x g for 20 minutes at 4 ° C, and the cell pellet was removed. The cell supernatant was removed and the enzyme was purified by Ni-NTA His-Tag chromatography. The purified enzyme was exchanged with a 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) using a centrifugal filter (10 kDa), concentrated, and the concentration was measured by protein assay (Bradford assay) mL and used for the reaction.
2-3: 4-2-3: 4- 히드록시스티렌Hydroxystyrene 제조 Produce
3-메톡시-4-히드록시신남산(페룰산)의 카르복실기를 제거하기 위하여, 실시예 1-2의 페놀릭산 데카르복실라제를 사용하고, 메톡시기를 제거하기 위하여, 실시예 2-2의 ADC Lyase를 사용한 효소반응을 수행하여 한 효소반응을 수행하여 4-히드록시스티렌을 제조하였다. 상기 효소는 각각 5mg/L 농도의 정제한 효소를 반응에 사용하였다. In order to remove the carboxyl group of 3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid (ferric acid), the phenolic acid decarboxylase of Example 1-2 was used, and in order to remove the methoxy group, 4-hydroxystyrene was prepared by carrying out an enzymatic reaction by performing an enzyme reaction using ADC Lyase. Each of the enzymes was used for the reaction with a purified enzyme having a concentration of 5 mg / L.
메톡시기의 제거 반응으로서, ADC Lyase 50 μL 와 5 mM 농도의 3-메톡시-4-히드록시신남산(페룰산), 1 mM EDTA, 20 mM 2-mercaptoethanol 을 포함한 반응 혼합물 0.5 mL을 37℃ 항온조에서 5시간 반응시켰다. 기질인 3-메톡시-4-히드록시신남산의 감소와 4-히드록시신남산의 생성 농도를 HPLC로 확인하여 분석하였다(표 4). As a reaction for removing the methoxy group, 0.5 mL of a reaction mixture containing 50 μL of ADC Lyase and 5 mM 3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid (ferulic acid), 1 mM EDTA and 20 mM 2-mercaptoethanol was added at 37 ° C. And allowed to react in a thermostat for 5 hours. The decrease of the substrate 3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid and the concentration of 4-hydroxycinnamic acid were analyzed by HPLC (Table 4).
데카르복실화 효소반응을 통한 4-히드록시스티렌을 제조하기 위하여 상기 얻어진 효소 반응액에 추가로 5mg/L 페놀릭산 데카르복실라제 10 μL를 첨가한 후 37℃ 항온조에서 3시간 반응시켰다. 각각의 효소반응 종료 후 100 μL 시료를 채취하여 900 μL 메탄올을 첨가하여 희석한 후 주사기 필터 (0.22 μm)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석시료를 제조하였다. 분석결과를 표 4에 나타냈다. In order to prepare 4-hydroxystyrene through a decarboxylation enzyme reaction, 10 μL of 5 mg / L phenolic acid decarboxylase was added to the obtained reaction solution, and the mixture was allowed to react for 3 hours at 37 ° C. in a thermostat. After completion of each enzyme reaction, 100 μL samples were taken, diluted with 900 μL of methanol, and then analyzed using a syringe filter (0.22 μm) to remove impurities. The results of the analysis are shown in Table 4.
상기에서 보는 바와 같이, 아미노데옥시코리스메이트 리아제에 의하여 2-메톡시-4-히드록시신남산이 4-히드록시신남산으로 전환된 후 페놀릭산 데카르복실라제에 의해 최종적으로 4-히드록시스티렌이 제조됨을 알 수 있다.
As shown above, after 2-methoxy-4-hydroxycinnamic acid is converted to 4-hydroxycinnamic acid by aminodeoxycholyzmatease, it is finally converted to 4-hydroxystyrene by phenolic acid decarboxylase Is produced.
실시예Example 3: 3: 리그린으로부터From Lee Green 생산 production
3-1:리그닌의 알칼리 산화 분해3-1: Alkali oxidation decomposition of lignin
실험실용 고압반응기 (450 mL, Parr 4562)를 이용하여 리그닌 분해 반응을 실시하였다. 크라프트 리그닌 10.0 g을 미리 준비된 200 mL 4M NaOH 수용액에 첨가하여 반응초기 리그닌 함유량을 5.0 %(w/v)으로 하여 반응물을 준비하였다. 촉매로 1 g의 H2O2을 첨가하였다. 반응물을 내부 부피가 450 mL인 스테인리스스틸 재질의 고압반응기에 충진 후 밀봉하고 500 rpm 속도로 교반을 시작하였다. 반응기 내부로 연결된 샘플링 라인을 통해 반응물에 약 7 bar의 산소가스로 2분간 충진시킨 후 반응기의 가열을 시작하고, 반응기 내부 온도가 170 ℃에 도달했을 때부터 120분간 반응을 지속하였다. 반응 온도는 냉각수관을 통해 PID 콘트롤러로 조절하였다. 본 반응 시작으로부터 120분 경과 후 샘플링 라인을 통해 시료 채취 후 반응을 종결시켰다. The lignin decomposition reaction was carried out using a laboratory high-pressure reactor (450 mL, Parr 4562). 10.0 g of kraft lignin was added to a previously prepared 200 mL of 4M NaOH aqueous solution to prepare a reaction product having an initial lignin content of 5.0% (w / v). 1 g of H 2 O 2 was added as a catalyst. The reaction was packed in a stainless steel high pressure reactor having an internal volume of 450 mL, sealed, and stirred at 500 rpm. The reactor was filled with oxygen gas at about 7 bar for 2 minutes through a sampling line connected to the inside of the reactor, heating of the reactor was started, and the reaction was continued for 120 minutes from the time when the internal temperature of the reactor reached 170 ° C. The reaction temperature was controlled by a PID controller through a cooling water tube. After 120 minutes from the start of the present reaction, the sample was sampled through the sampling line and the reaction was terminated.
상기 채취한 리그닌의 알칼리 분해산물 시료 2mL에 6M HCl을 첨가하여 pH2.0이 되도록 하였다. pH가 적정 된 상기 시료에 최종 부피가 10mL이 되도록 증류수를 첨가하여 희석한 후, 리그닌을 필터(10 kDa MWCO)로 제거하였다. 상기 리그린이 제거된 시료 1mL에 9배 부피의 메탄올을 첨가하여 추출한 후, 주사기 필터 (0.22 O)W를 이용하여 불순물을 제거하여 리그닌 분해산물을 정제하였다. 이후 HPLC로 분석하여 표 5과 같은 조성을 얻었다. 6 ml of HCl was added to 2 ml of the alkaline decomposition product of the lignin thus obtained to obtain a pH of 2.0. The diluted sample was diluted with distilled water to a final volume of 10 mL, and the lignin was removed with a filter (10 kDa MWCO). Methanol in 9 times volume was added to 1 mL of the sample from which the re-greens were removed, and the impurity was removed using a syringe filter (0.22 O) W to purify the lignin degradation product. After analysis by HPLC, the composition as shown in Table 5 was obtained.
3-2: 4-3-2: 4- 히드록시스티렌Hydroxystyrene 생산 production
상기 실시예 3-1에서 얻은 리그닌 분해 산물에 10M HCl를 소량 첨가하여 pH 7.5로 적정 한 후 10kDa MWCO 필터로 여과하여 그 여과액을 반응물로 준비하였다. 상기 실시예 1-2와 실시예 2-2에서 얻은 페놀릭산 데카르복실라제 및 아미노데옥시코리스메이트 리아제를 포함하는 효소용액 각 100 μL과 리그닌 분해물 200 μL를 혼합하여 37℃ 항온조에서 5시간 반응시켰다. 반응 종료 후 반응액을 13,000g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 상등액을 획득한 후 360 μL 메탄올을 첨가하여 희석한 후 주사기 필터 (0.22μm)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석시료를 준비하였다. 4-히드록시스티렌의 생성농도는 HPLC를 수행하여 분석하였으며 반응 전후의 시료 분석 결과를 표 6에 나타냈다. A small amount of 10 M HCl was added to the lignin decomposition product obtained in Example 3-1, and the solution was titrated to pH 7.5. The solution was filtered with a 10 kDa MWCO filter, and the filtrate was prepared as a reaction product. 100 μL each of the enzyme solution containing phenolic acid decarboxylase and amino deoxycholymitlia obtained in Examples 1-2 and 2-2 and 200 μL of the lignin degradation product were mixed and reacted at 37 ° C. for 5 hours in a thermostat . After completion of the reaction, the reaction mixture was centrifuged at 13,000 g for 20 minutes at 4 ° C., and the supernatant was obtained. Then, 360 μL of methanol was added to dilute the sample, and then the impurities were removed using a syringe filter (0.22 μm) . The production concentration of 4-hydroxystyrene was analyzed by HPLC, and the results of analysis of the sample before and after the reaction are shown in Table 6.
4-히드록시신남산, 페룰린산, 시나핀산이 포함된 리그닌 분해산물에 페놀릭산 데카르복실라제 및 아미노데옥시코리스메이트 리아제를 이용한 효소반응을 통해 페룰린산과 시나핀산의 메톡시기가 제거되어 4-히드록시신남산으로 전환되며 이후 페놀릭산 데카르복실라제에 의해 카르복실기가 제거되어 결과적으로 2.4 mM 4-히드록시스티렌이 생성됨을 확인하였다.
4-hydroxycinnamic acid, ferulic acid, and cinnamic acid were degraded to remove the methoxy groups of ferulic acid and cinnamic acid through an enzyme reaction using phenolic acid decarboxylase and aminodeoxycholyzmatease, Hydroxycinnamic acid, and then the carboxyl group was removed by phenolic acid decarboxylase, resulting in the production of 2.4 mM 4-hydroxystyrene.
<110> SAMSUNG PETROCHEMICAL CO., LTD. <120> PROCESS OF BIOLOGICALLY PRODUCING A 4-HYDROXYSTYRENE AND DERIVATIVES THEREOF <130> DPP20129169KR <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 486 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase <400> 1 atggaaaact ttatcggaag ccacatgatt tatacgtatg aaaacggatg ggaatacgag 60 atttatatta aaaacgacca tacaattgat tatagaattc atagcggaat ggttgccgga 120 cgctgggttc gagatcagga agtgaatatt gtcaaactga cagaaggcgt atataaagtg 180 tcttggacag agccgactgg cacggatgtt tcattaaact ttatgccaaa tgaaaaacgc 240 atgcatggca ttattttctt cccgaaatgg gtgcatgaac atcctgaaat tacggtttgc 300 taccaaaatg accacattga tttgatgaaa gaatcccgcg aaaaatatga aacgtatcca 360 aaatacgttg tacctgaatt tgcggaaatt acatttctga aaaatgaagg agtcgacaac 420 gaagaagtga tttcgaaggc tccttatgag ggaatgacag acgatattcg cgcgggaaga 480 ttataa 486 <210> 2 <211> 161 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase <400> 2 Met Glu Asn Phe Ile Gly Ser His Met Ile Tyr Thr Tyr Glu Asn Gly 1 5 10 15 Trp Glu Tyr Glu Ile Tyr Ile Lys Asn Asp His Thr Ile Asp Tyr Arg 20 25 30 Ile His Ser Gly Met Val Ala Gly Arg Trp Val Arg Asp Gln Glu Val 35 40 45 Asn Ile Val Lys Leu Thr Glu Gly Val Tyr Lys Val Ser Trp Thr Glu 50 55 60 Pro Thr Gly Thr Asp Val Ser Leu Asn Phe Met Pro Asn Glu Lys Arg 65 70 75 80 Met His Gly Ile Ile Phe Phe Pro Lys Trp Val His Glu His Pro Glu 85 90 95 Ile Thr Val Cys Tyr Gln Asn Asp His Ile Asp Leu Met Lys Glu Ser 100 105 110 Arg Glu Lys Tyr Glu Thr Tyr Pro Lys Tyr Val Val Pro Glu Phe Ala 115 120 125 Glu Ile Thr Phe Leu Lys Asn Glu Gly Val Asp Asn Glu Glu Val Ile 130 135 140 Ser Lys Ala Pro Tyr Glu Gly Met Thr Asp Asp Ile Arg Ala Gly Arg 145 150 155 160 Leu <210> 3 <211> 1125 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase, DAA10190.1 <400> 3 atgtcactaa tggacaattg gaagactgat atggaaagtt acgatgaagg aggcctagtt 60 gctaatccga acttcgaggt tctggccact ttcaggtacg accctggttt tgcacgccag 120 tcagcgtcaa agaaagagat ctttgaaact 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gtcaaactga cagaaggcgt atataaagtg 180 tcttggacag agccgactgg cacggatgtt tcattaaact ttatgccaaa tgaaaaacgc 240 atgcatggca ttattttctt cccgaaatgg gtgcatgaac atcctgaaat tacggtttgc 300 taccaaaatg accacattga tttgatgaaa gaatcccgcg aaaaatatga aacgtatcca 360 aaatacgttg tacctgaatt tgcggaaatt acatttctga aaaatgaagg agtcgacaac 420 gaagaagtga tttcgaaggc tccttatgag ggaatgacag acgatattcg cgcgggaaga 480 ttataa 486 <210> 2 <211> 161 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase <400> 2 Met Glu Asn Phe Ile Gly Ser His Met Ile Tyr Thr Tyr Glu Asn Gly 1 5 10 15 Trp Glu Tyr Glu Ile Tyr Ile Lys Asn Asp His Thr Ile Asp Tyr Arg 20 25 30 Ile His Ser Gly Met Val Ala Gly Arg Trp Val Arg Asp Gln Glu Val 35 40 45 Asn Ile Val Lys Leu Thr Glu Gly Val Tyr Lys Val Ser Trp Thr Glu 50 55 60 Pro Thr Gly Thr Asp Val Ser Leu Asn Phe Met Pro Asn Glu Lys Arg 65 70 75 80 Met His Gly Ile Ile Phe Phe Pro Lys Trp Val His Glu His Pro Glu 85 90 95 Ile Thr Val Cys Tyr Gln Asn Asp His Ile Asp Leu Met Lys Glu Ser 100 105 110 Arg Glu Lys Tyr Glu Thr Tyr Pro Lys Tyr Val Val Pro Glu Phe Ala 115 120 125 Glu Ile Thr Phe Leu Lys Asn Glu Gly Val Asp Asn Glu Glu Val Ile 130 135 140 Ser Lys Ala Pro Tyr Glu Gly Met Thr Asp Asp Ile Arg Ala Gly Arg 145 150 155 160 Leu <210> 3 <211> 1125 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase, DAA10190.1 <400> 3 atgtcactaa tggacaattg gaagactgat atggaaagtt acgatgaagg aggcctagtt 60 gctaatccga acttcgaggt tctggccact ttcaggtacg accctggttt tgcacgccag 120 tcagcgtcaa agaaagagat ctttgaaact ccagaccctc gattaggttt gagagacgaa 180 gatattaggc agcagataat taatgaggat tactcaagtt atttacgagt aagggaggtt 240 aattccggcg gtgaccttct cgaaaatatt cagcatcctg atgcttggaa gcatgattgc 300 aagaccattg tgtgccagcg tgtagaagat atgctacaag tcatttatga acgatttttt 360 ttattagatg aacaatacca aagaataaga atagcattat catactttaa aattgacttc 420 agcacgtctc tgaatgattt attgaagtta ttggttgaaa acttgattaa ttgtaaagaa 480 ggaaattcag agtatcacga aaaaattcaa aaaatgatca acgaaaggca atgctataaa 540 atgcgggtac ttgtctctaa gacaggagat atacgaattg aggcaattcc aatgcctatg 600 gagcctatcc taaaattaac aaccgattat gacagtgttt ccacatactt catcaaaacg 660 atgctcaatg gatttttaat tgatagcaca ataaattggg atgttgttgt ttcatctgaa 720 ccattgaacg catcagcttt caccagtttt aaaaccactt caagagatca ttacgctagg 780 gcgagagttc gcatgcaaac tgctataaat aacttaagag gttcagaacc tacttcttct 840 gtctcgcaat gcgaaatttt attttccaac aaatctggcc tgctgatgga aggttcaata 900 acaaacgtgg ctgtaattca aaaagatcct aacggttcta aaaagtatgt gacaccaaga 960 ttagcaactg gatgtttgtg cggaacaatg cgtcattatt tattgcggct cggccttatt 1020 gaagagggag atatagatat aggaagcctt accgttggca acgaagtttt gcttttcaat 1080 ggcgtcatgg gatgcataaa gggaacagtg aagacaaaat attga 1125 <210> 4 <211> 374 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase, DAA10190.1 <400> 4 Met Ser Leu Met Asp Asn Trp Lys Thr Asp Met Glu Ser Tyr Asp Glu 1 5 10 15 Gly Gly Leu Val Ala Asn Pro Asn Phe Glu Val Leu Ala Thr Phe Arg 20 25 30 Tyr Asp Pro Gly Phe Ala Arg Gln Ser Ala Ser Lys Lys Glu Ile Phe 35 40 45 Glu Thr Pro Asp Pro Arg Leu Gly Leu Arg Asp Glu Asp Ile Arg Gln 50 55 60 Gln Ile Ile Asn Glu Asp Tyr Ser Ser Tyr Leu Arg Val Val Glu Val 65 70 75 80 Asn Ser Gly Gly Asp Leu Leu Glu Asn Ile Gln His Pro Asp Ala Trp 85 90 95 Lys His Asp Cys Lys Thr Ile Val Cys Gln Arg Val Glu Asp Met Leu 100 105 110 Gln Val Ile Tyr Glu Arg Phe Leu Leu Asp Glu Gln Tyr Gln Arg 115 120 125 Ile Arg Ile Ala Leu Ser Tyr Phe Lys Ile Asp Phe Ser Thr Ser Leu 130 135 140 Asn Asp Leu Leu Lys Leu Leu Val Glu Asn Leu Ile Asn Cys Lys Glu 145 150 155 160 Gly Asn Ser Glu Tyr His Glu Lys Ile Gln Lys Met Ile Asn Glu Arg 165 170 175 Gln Cys Tyr Lys Met Arg Val Leu Val Ser Lys Thr Gly Asp Ile Arg 180 185 190 Ile Glu Ala Ile Pro Met Pro Met Glu Pro Ile Leu Lys Leu Thr Thr 195 200 205 Asp Tyr Asp Ser Val Ser Thr Tyr Phe Ile Lys Thr Met Leu Asn Gly 210 215 220 Phe Leu Ile Asp Ser Thr Ile Asn Trp Asp Val Val Val Ser Ser Glu 225 230 235 240 Pro Leu Asn Ala Ser Ala Phe Thr Ser Phe Lys 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Claims (12)
[화학식1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다. Comprising contacting a substrate comprising an aromatic carboxylic acid having a 4-hydroxy group represented by the formula (2) with a biocatalyst which removes the carboxyl group, by a biological method, 4-hydroxystyrene And derivatives thereof:
[Chemical Formula 1]
(2)
In the general formulas (1) and (2), X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group.
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이며,
상기 4-히드록시스티렌 또는 그 유도체를 중합하여 중합체를 제조하는 방법. Preparing a 4-hydroxystyrene or a derivative thereof having the following formula (1) by the process according to claim 1 or 2; And
[Chemical Formula 1]
(2)
Wherein X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen,
Wherein the 4-hydroxystyrene or the derivative thereof is polymerized to prepare a polymer.
11. The method of claim 10, wherein the polymerizing step comprises mixing the 4-hydroxystyrene or a derivative monomer thereof with at least one or more selected from the group consisting of styrene, 2,5-dimethyl-2,4-hexadiene and diallyl maleate A method for producing a copolymer by polymerizing a monomer.
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CN113480579A (en) * | 2021-07-01 | 2021-10-08 | 广东省科学院化工研究所 | Phenolic acid active substance and preparation method and application thereof |
-
2012
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