維生素E的“前世”和“今生”

維生素E作為人和動(dòng)物體必需且最主要的抗氧化劑之一，功效廣泛，可用作維持機(jī)體正常功能，提高機(jī)體生育能力、免疫能力等，在醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域中占有重要地位。維生素E是我國(guó)的民生基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，也是國(guó)際市場(chǎng)上用途非常廣泛、產(chǎn)銷量極大的三大維生素支柱產(chǎn)品之一，市場(chǎng)前景廣闊。自1938年維生素E被成功合成以來(lái)，維生素E的合成技術(shù)經(jīng)歷了80多年的歷史，隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸形成了目前比較穩(wěn)定的市場(chǎng)格局。本文總結(jié)了維生素E合成技術(shù)一路的發(fā)展，主要包括天然提取、化學(xué)全合成、生物全合成，以及生物-化學(xué)合成等，著重介紹了主流的化學(xué)全合成技術(shù)，以及新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)——合成生物技術(shù)引領(lǐng)的生物-化學(xué)合成技術(shù)?；仡櫫司S生素E的發(fā)展歷史并對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。維生素E(VitaminE)早在1922年被人們發(fā)現(xiàn)，因人和動(dòng)物缺乏可能導(dǎo)致不孕，又被稱為生育酚，是一種脂溶型維生素，其外觀呈淡黃色或金黃色透明狀黏稠液體。根據(jù)疏水性尾部的飽和度和芳香環(huán)上甲基數(shù)目和位置的不同，維生素E可分為八種類型，分別是α、β、和生育三烯酚均可被吸收，但α-生育酚與生育酚轉(zhuǎn)移蛋白親和度更高，可以被優(yōu)先運(yùn)輸和吸收，因此α-生育酚是活性最高的維生素E形式，通常也被直接稱作維生素E。圖1維生素E的結(jié)構(gòu)維生素E是人和動(dòng)物必需卻不能自主合成的維生素，機(jī)體所需的維生素E需從食物中獲取，常見(jiàn)的食物如大豆、小麥、玉米等植物種子中都富含維生素E。維生素E在生物學(xué)系統(tǒng)中具有重要作用，它能夠直接影響機(jī)體的一些正常生理功能，尤其表現(xiàn)在生殖、神經(jīng)系統(tǒng)等方面。維生素E能夠促進(jìn)性激素分泌，增加精子活力和數(shù)量，提高生育能力，預(yù)防流產(chǎn)；能夠維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)、血管系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的正常代謝，抑制膽固醇合成，預(yù)防高血壓，降低心腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，提高免疫力等。維生素E作為重要的抗氧化物，能有效地抑制機(jī)體內(nèi)的氧化反應(yīng)，延緩細(xì)胞衰老，同時(shí)也能預(yù)防癌癥，有效抑制腫瘤生長(zhǎng)，對(duì)于老年癡呆癥也具有療效。隨著人們生活水平的提高，維生素E作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑和抗氧化劑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于飼料、醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)，尤其是作為飼料添加劑，其在維生素E全球市場(chǎng)中占比約70%，在畜禽免疫、預(yù)防疾病、促進(jìn)畜禽的繁殖和提高產(chǎn)蛋率等方面有重要意義。維生素E按來(lái)源可分為天然維生素E和合成維生素E，目前市場(chǎng)上合成維生素E約占全球總量的80%以上，是國(guó)際市場(chǎng)上用途非常廣泛、產(chǎn)銷量又極大的主要維生素品種，與維生素C、維生素A一起被列為三大維生素支柱品種，也是我國(guó)的民生基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，市場(chǎng)前景廣闊。本文作者總結(jié)了維生素E合成技術(shù)一路的發(fā)展，主要包括天然提取、化學(xué)全合成、生物全合成，以及生物-化學(xué)合成等，著重介紹了化學(xué)全合成技術(shù)，以及新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)-合成生物技術(shù)引領(lǐng)的生物-化學(xué)合成技術(shù)，回顧了維生素E的發(fā)展歷史并對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。1維生素E傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展1.1天然提取技術(shù)天然維生素E通?？梢詮母缓S生素E的植物油、油料作物種子等的脫臭物和餾出物中提取，提取方法主要為溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、分子蒸餾法以及離子交換吸附法等。國(guó)外對(duì)天然維生素E的研究和生產(chǎn)于20世紀(jì)80年代就達(dá)到了規(guī)?；?，主要有美國(guó)ADM公司、德國(guó)HENKEL公司等。我國(guó)天然維生素E的生產(chǎn)工藝研究起步較晚，20世紀(jì)80年代開始陸續(xù)有企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行探索性研究開發(fā)，主要有中糧天科生物工程(天津)有限公司、江蘇春之谷生物制品有限公司等企業(yè)，技術(shù)多數(shù)是以植物油脫臭餾出物為原料，提取方法原理大體相同，設(shè)備、試劑等有所不同。與人工合成的維生素E相比，天然維生素E的吸收率、生理活性更勝一籌，但維生素E含量在每克作物細(xì)胞中僅為微克級(jí)別，產(chǎn)量較低，不同來(lái)源的維生素E含量和成分組成也差異較大，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量難于滿足各方面的需求。隨著市場(chǎng)對(duì)維生素E需求的日益增長(zhǎng)，從基礎(chǔ)化工原料大規(guī)模生產(chǎn)的合成維生素E，因其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更易于調(diào)控，且價(jià)格低廉，成為了目前制備維生素E所廣泛采用的方法。1.2化學(xué)全合成技術(shù)全球80%以上的維生素E為化學(xué)全合成品，主要生產(chǎn)方式為2,3,5-三甲基氫醌(以下簡(jiǎn)稱“三甲基氫醌”)(主環(huán))和異植物醇(支鏈)兩種中間體以“一步縮合法”合成(圖2)，收率高達(dá)95%以上，基本已經(jīng)沒(méi)有提升的空間。圖2三甲基氫醌與異植物醇一步縮合生成維生素E三甲基氫醌和異植物醇的合成工藝直接影響維生素E產(chǎn)品的收率和質(zhì)量。根據(jù)原料的價(jià)格水平和供應(yīng)量的大小，制備三甲基氫醌和異植物醇有許多不同的合成路線可供選擇，這也提高了整條路線抗御風(fēng)險(xiǎn)的能力。1.2.1主環(huán)三甲基氫醌的合成三甲基氫醌為白色針狀結(jié)晶，在維生素E結(jié)構(gòu)中提供主環(huán)。根據(jù)原料的不同它的制備方法可大致分為巴豆醛法、偏三甲苯法、間甲苯酚法、叔丁基苯酚法、苯酚法、對(duì)二甲苯法、異佛爾酮法等(圖3)。圖3三甲基氫醌的主要合成工藝巴豆醛法是巴斯夫股份公司(以下簡(jiǎn)稱“巴斯夫”)比較早期發(fā)展的三甲基氫醌的生產(chǎn)工藝。該法主要是以巴豆醛、戊酮為原料縮合得到三甲基環(huán)己烯酮，再通過(guò)脫氫生產(chǎn)三甲基苯酚，進(jìn)而生產(chǎn)三甲基氫醌。該法的收率不高，這也導(dǎo)致了成本較高，因此逐漸被后期發(fā)展起來(lái)的合成技術(shù)所替代。偏三甲苯法發(fā)展也比較早，該法由偏三甲苯經(jīng)磺化、硝化、加氫、水解、氧化轉(zhuǎn)化為2,3,5-三甲基苯醌，然后再加氫還原為三甲基氫醌。該法的原料價(jià)廉易得，但反應(yīng)過(guò)程步驟多，產(chǎn)物收率低，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量含酚廢水，污染嚴(yán)重，目前該法已很少被企業(yè)采用。目前，也有研究開發(fā)偏三甲苯直接氧化制備三甲基苯醌的技術(shù)，但廉價(jià)的工業(yè)氧化劑還有待發(fā)展。間甲苯酚法通常是以間甲苯酚為原料，加入甲醇發(fā)生烷基化得到2,3,6-三甲基苯酚，隨后氧化為三甲基苯醌，最后加氫合成三甲基氫醌。該工藝流程較短、產(chǎn)品收率高、污染小，是國(guó)外普遍采用的合成技術(shù)。原料間甲苯酚可由煤焦油或石油產(chǎn)品制取，來(lái)源較為豐富，但是我國(guó)間甲苯酚的產(chǎn)能規(guī)模比較小，多年來(lái)高度依賴于進(jìn)口，原料的限制直接制約了該方法在國(guó)內(nèi)的普及和發(fā)展。叔丁基苯酚法于2012年底由能特科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“能特科技”)開發(fā)。該法是由叔丁基苯酚和甲醇為原料，以鐵氧化物為催化劑，得到2,6-二甲基-4-叔丁基苯酚，再與甲醇反應(yīng)，以氧化鋁為催化劑合成2,3,6-三甲基-4-叔丁基苯酚，然后經(jīng)硫酸脫掉叔丁基后精餾得到三甲基苯酚，然后合成三甲基氫醌。該法采用了較為易得的叔丁基苯酚為原料，緩解了間甲苯酚原料緊缺的情況。同年，能特科技開發(fā)了苯酚法。該法是由苯酚與甲醇發(fā)生甲基化反應(yīng)產(chǎn)生2,6-二甲基苯酚，再經(jīng)磺化、酯化、傅克烷基化、脫磺酸基等反應(yīng)，生成三甲基氫醌。該方法也繞過(guò)了間甲苯酚的原料緊缺問(wèn)題，提供了另一種可行方案。2014年，能特科技改進(jìn)了其三甲基氫醌的生產(chǎn)工藝，開發(fā)出了對(duì)二甲苯法。該法是以對(duì)二甲苯為起始原料，經(jīng)過(guò)磺化、中和、酸化等反應(yīng)生成2,5-二甲基苯酚，再經(jīng)甲基化得到三甲基苯酚，進(jìn)而合成三甲基苯醌。相對(duì)其前兩年提出的技術(shù)手段，該法合成路線更加簡(jiǎn)單，原料成本更低，具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。異佛爾酮法是近些年發(fā)展起來(lái)的三甲基氫醌合成技術(shù)。該法首先由丙酮聚合為關(guān)鍵中間體α-異佛爾酮，之后重排為β-異佛爾酮，然后氧化為茶香酮，茶香酮隨后重排?；⒃砘獾玫饺谆鶜漉?。該法原料廉價(jià)易得、工藝簡(jiǎn)單、污染小，是一種高效環(huán)保的生產(chǎn)工藝。然而，該法的轉(zhuǎn)化率和選擇性受反應(yīng)條件影響較大，對(duì)操作要求較嚴(yán)格，對(duì)反應(yīng)設(shè)備要求稍高，目前很多研究集中在其反應(yīng)催化劑的改進(jìn)方面以期提出更優(yōu)的合成技術(shù)。近年來(lái)，隨著維生素E價(jià)格的下行，持續(xù)出現(xiàn)的新的主環(huán)合成路線不斷挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)合成工藝，這也促進(jìn)了維生素E行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。目前，國(guó)外生產(chǎn)三甲基氫醌的公司主要有德國(guó)巴斯夫、荷蘭帝斯曼公司等，國(guó)內(nèi)關(guān)于主環(huán)的研發(fā)曾一度成為國(guó)內(nèi)企業(yè)的主要技術(shù)障礙，隨著近年來(lái)的逐漸突破，展現(xiàn)出后來(lái)居上的趨勢(shì)，主要的企業(yè)有能特科技、浙江新和成股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“新和成”)等。1.2.2側(cè)鏈異植物醇的合成異植物醇是一種無(wú)色油狀液體，在維生素E結(jié)構(gòu)中提供側(cè)鏈。根據(jù)制備過(guò)程中重要中間體的不同，異植物醇的主要制備工藝可分為假紫羅蘭酮工藝和芳樟醇工藝(圖4)。圖4異植物醇的主要合成工藝假紫羅蘭酮工藝是制備異植物醇的經(jīng)典工藝。該法是檸檬醛與丙酮在堿性條件下縮合生成假紫羅蘭酮，然后經(jīng)炔化、氫化、縮合等最終合成異植物醇，共7步催化反應(yīng)。原料檸檬醛有天然提取和化學(xué)合成兩種途徑。天然提取方面，檸檬醛大多從山蒼子油中以蒸餾法獲得，工藝技術(shù)已趨于成熟。雖然我國(guó)山蒼子資源相對(duì)豐富，但整體體量仍然較小、生產(chǎn)成本高，大規(guī)模生產(chǎn)難度大?；瘜W(xué)合成是主流的生產(chǎn)方式，主要分為異丁烯法和脫氫芳樟醇重排法。異丁烯法也是巴斯夫使用的方法，是由異丁烯和甲醛“一鍋法”合成，該過(guò)程由異丁烯和甲醛縮合得到3-甲基-3-丁烯-1-醇，其部分雙鍵異構(gòu)成異戊烯醇、部分氧化成3-甲基-3-丁烯醛，二者縮合重排得到檸檬醛，收率可達(dá)95%。脫氫芳樟醇法主要是新和成、浙江醫(yī)藥股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“浙江醫(yī)藥”)等在使用，是脫氫芳樟醇在催化劑作用下直接重排生成檸檬醛，工藝步驟比較少，原料利用較充分。假紫羅蘭酮工藝整體思路比較簡(jiǎn)單，但由于檸檬醛原料基本被巴斯夫、新和成、可樂(lè)麗株式會(huì)社(日本)壟斷，并且受限于丙酮原料用量大、回收能耗高、危險(xiǎn)系數(shù)高等因素，應(yīng)用難度比較高。芳樟醇工藝是目前全球絕大多數(shù)異植物醇制備所采用的工藝，該工藝主要包括羅氏法、巴斯夫法、異戊二烯法、異戊醛法等。羅氏法以乙炔和丙酮為原料合成2-甲基-3-丁烯-2-醇(甲基丁烯醇)，再經(jīng)過(guò)加碳及氧化獲得6-甲基-5-庚烯-2-酮(甲基庚烯酮)；巴斯夫法以丙酮、異丁烯、甲醛為原料，在高溫高壓下一步合成6-甲基-6-庚烯-2-酮，它可以轉(zhuǎn)位獲得甲基庚烯酮，也可以氫化得到6-甲基-2-庚酮 (甲基庚酮)；異戊二烯法以異戊二烯和丙酮為原料，先發(fā)生加成反應(yīng)合成氯代異戊烯，再與乙酰乙酸甲酯縮合生成甲基庚烯酮；異戊醛法以異戊醛和丙酮為原料，通過(guò)縮合、氫化、蒸餾后得到甲基庚酮。甲基庚烯酮或甲基庚酮合成異植物醇的過(guò)程是一個(gè)碳鏈增長(zhǎng)的過(guò)程，主要由甲基庚烯酮或甲基庚酮合成芳樟醇或二氫芳樟醇，再經(jīng)縮合、炔化、氫化等7步催化反應(yīng)，最終合成異植物醇。假紫羅蘭酮工藝與芳樟醇工藝經(jīng)多年發(fā)展已經(jīng)基本在領(lǐng)域內(nèi)被做到極致，各有優(yōu)缺點(diǎn)，從規(guī)?；a(chǎn)中間體假紫羅蘭酮和芳樟醇的可行性和成本效益方面來(lái)看，芳樟醇工藝稍具優(yōu)勢(shì)。但總的來(lái)說(shuō)，兩者對(duì)設(shè)備要求高、技術(shù)門檻高、成本高。1.3生物技術(shù)合成維生素E的生物合成途徑在1979年被初步勾勒。20世紀(jì)90年代，以擬南芥和集胞藻6803作為模式生物，維生素E合成途徑中關(guān)鍵酶被克隆研究，維生素E合成途徑逐漸被完善。維生素E生物合成的兩個(gè)關(guān)鍵前體為尿黑酸(homogentisate,HGA)和植基二磷酸(phytyldi-phosphate,PDP)或牻牛兒基牻牛兒基二磷酸(geranylgeranyldiphosphate,GGDP)。HGA通過(guò)莽草酸途徑合成，用于合成維生素E的親水性頭部，PDP和GGDP來(lái)自非甲羥戊酸途徑，用于合成維生素E的疏水性尾部。莽草酸途徑中，酪氨酸合成4-羥苯丙酮酸(p-hydroxyphenylpyruvate,HPP)，HPP在4-羥苯丙酮酸雙加氧酶(p-hydroxyphenyl-pyruvatedioxygenase,HPPD)的催化下生成HGA。在非甲羥戊酸途徑中，甘油醛-3-磷酸和丙酮酸形成1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸(1-deoxyl-D-xykilose-5-phosphate,DXP)，DXP經(jīng)過(guò)多步催化形成GGDP，GGDP在牻牛兒基牻牛兒基還原酶 (geranylgeranylreductase,GGR)作用下形成PDP，進(jìn)一步參與生育酚的合成。HGA在尿黑酸植基轉(zhuǎn)移酶(homogentisatephytyltransferase,HPT)或尿黑酸牻牛兒基牻牛兒基轉(zhuǎn)移酶(homogentisategeranylgeranyltransferase,HGGT)的催化下，與PDP或GGDP發(fā)生縮合，生成2-甲基-6-植基苯醌(2-methyl-6-phytylbenz-oquinone,MPBQ)或2-甲基-6-牻牛兒基牻牛兒基苯醌(2-methyl-6-geranylgeranylbenzoquinol,M-GGBQ)。MPBQ或MGGBQ在2-甲基-6-植基苯醌甲基轉(zhuǎn)移酶(2-methyl-6-phytylbenzoquinonemethyltransferase,MPBQMT)作用下能夠生成2,3-二甲基-6-植基苯醌(2,3-dimethyl-6-phytyl-l,4-benzoquinone,DMPBQ)或2,3-二甲基-6-牻牛兒基牻牛兒基苯醌(2,3-dimethyl-6-geranylg-eranylbenzoquinol,DMGGBQ)。生育酚環(huán)化酶(tocopherolcyclase,TC)可以直接作用于MPBQ(MGGBQ)，生成δ-生育酚(生育三烯酚)，也可以催化DMPBQ(DMGGBQ)生成γ-生育酚(生育三烯酚)。δ-生育酚(生育三烯酚)和γ-生育酚(生育三烯酚)在γ-生育酚甲基轉(zhuǎn)移酶(γ-tocopherolmethyltransferase，γ-TMT)作用下分別轉(zhuǎn)換為β-生育酚和α-生育酚(生育三烯酚)(圖5)。圖5維生素E的生物合成目前，植物是維生素E生物合成的主要來(lái)源，但是其胞內(nèi)的含量非常有限。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，研究者們大多在大豆、煙草、擬南芥等多種植物中嘗試進(jìn)行工程改造以提高維生素E總的含量或是調(diào)整各組成的比例，少數(shù)研究集中在藻類、細(xì)菌、真菌中。例如，Konda等在大豆中過(guò)表達(dá)γ-TMT和大麥來(lái)源的MPBQMT，使總生育酚的含量提高了近10倍；Lu等通過(guò)人工合成HPT、TC、TMT多基因操縱子，同時(shí)利用RNA元件使操縱子轉(zhuǎn)錄本分割成穩(wěn)定的單順?lè)醋?，顯著提高了煙葉中α-生育酚和生育三烯酚的含量；Cahoon等在擬南芥中過(guò)表達(dá)大麥的HGGT，使生育酚和生育三烯酚總量提高了10倍以上。Rodríguez‐Zavala等通過(guò)優(yōu)化Euglenagracilis的培養(yǎng)條件最高獲得了3.7mg/gα-生育酚(以干細(xì)胞重計(jì))。Albermann等通過(guò)異源表達(dá)擬南芥和藍(lán)藻來(lái)源的基因在大腸桿菌中實(shí)現(xiàn)了δ-生育三烯酚的合成，但是產(chǎn)量很低，僅有15μg/g(以干細(xì)胞重計(jì))。于洪巍等在釀酒酵母中成功構(gòu)建了生育三烯酚合成通路，通過(guò)進(jìn)一步截?cái)嗳~綠體轉(zhuǎn)運(yùn)肽、過(guò)表達(dá)限速酶，構(gòu)建得到高產(chǎn)α-生育三烯酚和γ-生育三烯酚的基因工程酵母菌株，其總生育三烯酚產(chǎn)量有2.09mg/g(以干細(xì)胞重計(jì))?？偟膩?lái)說(shuō)，直接通過(guò)生物技術(shù)獲取維生素E的方式相比化學(xué)全合成，產(chǎn)量低、成本高，并不適合進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。2新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)引領(lǐng)的維生素E產(chǎn)業(yè)新發(fā)展化學(xué)全合成雖然是目前維生素E的主要生產(chǎn)方式，但該技術(shù)仍然存在很多問(wèn)題，例如合成路徑復(fù)雜、技術(shù)壁壘高、成本高，其生產(chǎn)設(shè)備大部分為專用設(shè)備，且安全風(fēng)險(xiǎn)較大等，新企業(yè)進(jìn)入該行業(yè)領(lǐng)域非常困難，而且隨著技術(shù)發(fā)展，很多廠商也因成本不占優(yōu)勢(shì)逐漸退出競(jìng)爭(zhēng)，全球目前僅有數(shù)十家企業(yè)在生產(chǎn)，且長(zhǎng)期集中在個(gè)別企業(yè)，形成了行業(yè)壟斷，我國(guó)與國(guó)外多年來(lái)也競(jìng)爭(zhēng)激烈。開發(fā)更安全、更低成本、更高效率的合成維生素E新技術(shù)，成為改善這一重要產(chǎn)品現(xiàn)狀亟待解決的高難度問(wèn)題。隨著各領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交叉學(xué)科的技術(shù)碰撞另辟蹊徑，武漢大學(xué)聯(lián)合能特科技發(fā)展了將生物與化學(xué)相結(jié)合，利用微生物發(fā)酵合成的法尼烯(CH)為前體化學(xué)合成關(guān)鍵中間體異植物醇(CH)，15242040然后一步合成維生素E的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新技術(shù)(圖6)。圖6生物-化學(xué)法以生物基法尼烯合成維生素E合成關(guān)鍵中間體異植物醇法尼烯是可用作柴油、香料和航空燃料前體的十五碳不飽和烯烴，主要來(lái)源于植物，但在植物中的含量比較低，以提取天然產(chǎn)物的方式大量用于化工市場(chǎng)的難度非常高；微生物發(fā)酵法因其不受季節(jié)、地域、氣候等因素的影響，原料易獲取、生產(chǎn)周期短、成本低廉、產(chǎn)物質(zhì)量可控易純化、安全性高，并且環(huán)境污染較少等優(yōu)勢(shì)，成為獲得這一化合物的最佳方式。武漢大學(xué)劉天罡團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)手段發(fā)展了“定向合成代謝體系”，該體系通過(guò)體外重建體系將體內(nèi)的目標(biāo)途徑元件在體外進(jìn)行系統(tǒng)重新搭建，以此排除復(fù)雜體內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)對(duì)目標(biāo)研究途徑的干擾，得到目標(biāo)途徑實(shí)際催化過(guò)程參數(shù)，獲得該代謝途徑效率最優(yōu)情況下的酶催化比例，該技術(shù)能夠快速得出途徑調(diào)控的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及參數(shù)。以此為指導(dǎo)，快速對(duì)大腸桿菌體內(nèi)關(guān)鍵基因定向改造，即實(shí)現(xiàn)了在大腸桿菌中利用葡萄糖和甘油等廉價(jià)碳源發(fā)酵合成法尼烯分子，并基本實(shí)現(xiàn)1kg葡萄糖合成0.2kg法尼烯的理論得率(圖7)，而作為分泌到胞外的油狀法尼烯可以通過(guò)簡(jiǎn)易分離純化獲得。新技術(shù)的建立，使得法尼烯能夠通過(guò)較低成本獲得。該技術(shù)的發(fā)展為新技術(shù)的建立提供了契機(jī)。2014年武漢大學(xué)與能特科技合作，利用上述制備得到的生物基法尼烯作為前體，通過(guò)化學(xué)合成法的摸索，實(shí)現(xiàn)了法尼烯與乙酰乙酸酯在金屬銠催化下縮合獲得法尼基丙酮，再經(jīng)還原和乙炔化生成異植物醇，僅3步反應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)以芳樟醇、二氫芳樟醇或檸檬醛為前體的7步合成反應(yīng)(圖8)。圖7定向代謝合成指導(dǎo)的大腸桿菌高效合成法尼烯圖8以法尼烯為前體的3步合成反應(yīng)和以芳樟醇和二氫芳樟醇或檸檬醛為前體的7步合成反應(yīng)比較與傳統(tǒng)異植物醇合成技術(shù)相比，以生物基法尼烯為前體合成異植物醇從而合成維生素E的技術(shù)，大大減少了合成步驟，大幅降低了易爆原料的使用，更簡(jiǎn)單、高效、安全，在成本、設(shè)備、建設(shè)投資等方面要求都降低了很多，收率和產(chǎn)品純度更高，生產(chǎn)過(guò)程能耗低、污染小、可再生，更加綠色環(huán)保，總之，優(yōu)勢(shì)顯著，打破了經(jīng)過(guò)80多年發(fā)展的維生素E化學(xué)全合成歷史，直接挑戰(zhàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝。這也是能特科技能夠在短短三年就躋身全球維生素E產(chǎn)業(yè)前列的重要原因。能特科技在湖北石首已建成規(guī)模位居全球前列的維生素E成產(chǎn)裝置，資金投入和生產(chǎn)總成本大大降低的情況下，產(chǎn)能仍占有近1/4的全球維生素E市場(chǎng)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，改變了維生素E的全球市場(chǎng)格局。合成生物學(xué)作為新興學(xué)科領(lǐng)域，其產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展為化工、制造業(yè)的發(fā)展搭建了快捷通道，并且提供了多種可能性，具備僅通過(guò)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就能巧妙繞開充滿壁壘的傳統(tǒng)合成路線的能力。3回顧歷史，展望未來(lái)1922年，Evans和Bishop在小鼠中發(fā)現(xiàn)一種有助于恢復(fù)生育功能的脂溶性物質(zhì)，該物質(zhì)于1924年被命名為維生素E，于1936年被分離出結(jié)晶，1938年被瑞士化學(xué)家成功鑒定出結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)人工合成，自此維生素E的人工合成拉開序幕。1938—1947年，羅氏首次實(shí)現(xiàn)維生素E的工業(yè)化生產(chǎn)。1959年，我國(guó)維生素E合成技術(shù)首次由上海新亞藥廠開發(fā)，但由于技術(shù)裝備落后、生產(chǎn)配套差等因素，隨后的歐美國(guó)際巨頭憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)和資本實(shí)力，逐漸壟斷了維生素E的國(guó)際市場(chǎng)。然而，