本发明属于生物催化，具体涉及一种基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法及其应用，特别涉及一种基于由氯化胆碱、甲酸和乙酸组成的三元深度共熔溶剂化学法催化甜菜渣水解得到糠醛，偶联野生地霉菌生物法催化糠醛胺化反应合成糠胺的方法，以及所制备的糠醛和糠胺在抑菌方面的应用。
背景技术：
1、中国是重要的食糖生产国和消费国，糖料种植在农业经济中占有重要地位。近五年来，我国糖产量约占全球的5.6%。食糖既是不可或缺的生活物资，也是食品、饮料、制药、化工等120多个行业门类的基础原料。甜菜是主要的糖来源原料，加工甜菜的主要产品是糖。然而，工厂在提取糖后，还产生了大约500万吨的湿甜菜浆或100万吨的干燥生物质。甜菜渣由多糖（22-24 wt%纤维素和30 wt%半纤维素）和果胶（15-25 wt%）组成，还有少量脂肪（1.4 wt%）、蛋白质（10.3 wt%）、灰分（3.7 wt%）和木质素（5.9 wt%）。半纤维素由于其高度分支化和无定形的特性，具有极易转化的潜力，在制造高附加值化学品方面表现出巨大优势。半纤维素在高温、酸或碱等极端条件下呈现较高的反应活性，易水解或分解为较小的糖分子。这一特性使得半纤维素成为生物质转化过程中备受关注的组分之一，可以相对轻松地转化为有用的化学品或能源产品。其通过催化剂催化，水解纤维素为木糖，进一步脱水得到糠醛。因此，甜菜渣是一种低成本原料，非常适合用于高附加值化合物的生产。
2、糠醛是重要的生物基平台化合物，可由木糖脱水缩合形成。具有活泼的化学性质，可通过氢化、氧化和脱羰等反应转化为多种平台基化合物，在塑料制造、橡胶工业、医药领域以及农药开发等方面得到广泛运用。在传统的制备工艺中，糠醛主要由木糖或木聚糖在酸性催化剂（如甲酸、乙酸、盐酸、硫酸、硝酸和磷酸）作用下生成。这些催化剂能够促使木糖或木聚糖分子发生裂解反应，产生一系列有机物质。最初，人们使用硫酸处理生物质废弃物，并采用蒸汽剥离法提取糠醛，但其产率仅为理论值的50%。quaker oats公司采用了类似方法，在典型工艺中获得理论值的55% （brownlee h. j et al. industrial&engineeringchemistry, 1948）。由此可见，上述工艺面临如下挑战：反应效率较低且时间长，设备易腐蚀且废水处理困难，能源消耗巨大，并伴有安全风险。在单一水相体系中，不必要的副反应（如糠醛树脂化和糠醛缩合）会导致糠醛产量的降低。因此，需要优化糠醛制备的工艺体系，研究发现通过采用双相反应体系可实现更高的糠醛产率。各种双相体系，例如二甲基亚砜-水、γ-戊内酯-水和甲基异丁基酮-水等已被用于提高糠醛的产率。然而有机溶剂的过度使用仍然对环境具有一定的挑战。因此，将溶剂对环境的影响降至最低成为了一项重要目标，并面临着寻找更加环保溶剂的挑战。
3、深度共熔溶剂（deep eutectic solvents, des）应运而生，被誉为下一代创新型溶剂。des通常由氢键受体（hydrogen bond acceptor, hba）以及氢键供体（hydrogen bonddonor, hbd）按照一定的摩尔比例混合制备而成。基于其无毒性、易生物降解、低成本和简单制备等显著优势，des有望在化工、环保、生物医药和材料科学等多个领域实现重大突破，并成为推动科技进步与可持续发展的重要力量。利用深度共熔溶剂氯化胆碱：乙二醇-水（10:90, v/v）的反应条件，在玉米芯转化为糠醛过程中，产率达到了52.4% (ni j. c etal. acs sustainable chemistry&engineering, 2021)。而在甜菜碱：苹果酸：甘油-水反应体系中，在170 oc处理30 min下将 d-果糖转化为5-羟甲基糠醛，转化率达到68.2% (wangz. h et al. acs sustainable chemistry&engineering, 2022)。
4、des在生物催化领域被用于诸如酶催化反应、全细胞催化、生物转化以及生物质预处理等多种场合，有助于推动绿色化学和可持续发展的进程。gorke等人首次将des应用于酶催化研究(gorke j. t et al. chemical communications, 2008)，发现des作为良好的溶剂能够显著提高生物催化活性。在氯化胆碱：乙二醇-水（20:80, v/v）体系中，prsfduet-cv-aladh全细胞以100.0 mm糠醛为底物进行生物胺化反应，并在1 h内完全转化为糠胺（liq et al. green chemistry, 2021）。此外，甜菜碱：乳酸合成的低共熔溶剂也被证明能有效促进 p. putida s12的生物还原反应，使其还原活性提高2.22倍（zhang s. l et al. bioresource technology, 2022）。因此，选择适当的des，可以有效增强酶的活性，并实现更高产量的产物生成率。des中存在大量氢键，导致绝大多数des具有较高粘度。然而，高粘度会对传热和传质产生阻碍，从而降低生物质处理的效率。目前常用的策略是通过提升温度和增加水含量来降低粘度。此外，调整des中hba和hbd的种类及其比例可制备出黏度较低的des，以更优化与生物质接触并促进生物质的处理效果。另一种新方法是形成三元深度共熔溶剂（tdes）以降低粘度。kandanelli等人进行了相关研究，在秸秆预处理中使用了一种名为chcl/草酸/乙醇（chcl/oa/etoh）的tdes，并发现相比于二元des chcl/oa，利用tdes能够获得至少50%更高的脱木素率（kandanelli r et al. bioresource technology,2018）。因此，需要寻找一种合适的溶剂来有效提高糠醛的产率，以及生物酶活性，提高生物质的转化利用率，实现对生物质资源的充分利用。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于三元深度共熔溶剂和野生地霉菌的化学-生物耦联催化生物质甜菜渣合成糠胺的方法及糠胺在抑菌方面的应用。
2、本发明将三元深度共熔溶剂用于催化废弃物甜菜渣在反应釜中制备糠醛，解决甜菜渣废弃物的处理难题，工艺简单，易于控制，且糠醛产率高。利用生物催化法将生物质基糠醛溶液进行胺化反应，可高效转化为糠胺。这种绿色高效的化学-生物耦联法，有利于生物质基糠醛的高附加值应用，实现对生物质资源的充分利用。
3、首先，本发明提供的化学催化合成生物质基糠醛的方法，具体方法为：将甜菜渣废弃物干燥粉碎过筛60~80目，得到甜菜渣粉末；在反应釜中加入甜菜渣粉末，并加入三元深度共熔溶剂（tdes）和水作为反应溶剂，在温度140~180℃中加热搅拌反应5~30 min，冰水浴冷却20 min。反应结束后，冷却、分离固液，固相为甜菜渣废弃物残渣，液相为含有糠醛的反应液（以下简称糠醛反应液）。
4、其中，tdes以氯化胆碱为氢键受体（hba），甲酸和乙酸为氢键供体（hbd），进一步地，所述氯化胆碱、甲酸和乙酸的摩尔比为1:0.5~1.5:0.5~1.5，hba与hbd的摩尔比为1:1~2.5；优选地，所述氯化胆碱、甲酸和乙酸的摩尔比为1:0.5~1:0.5~1.5，hba与hbd的摩尔比为1:1.5~2；更优选地，所述氯化胆碱、甲酸和乙酸的摩尔比为1:1:1。
5、上述tdes的制备方法为：将氯化胆碱与甲酸、乙酸按照摩尔比混合，在180 rpm转速，温度为50~80 oc的含有机械搅拌的油浴锅中反应约2 h，直至形成清澈透明的溶液。
6、其中，所述反应体系中，甜菜渣粉末的添加量为20~100 g/l，优选75~85g/l，最优选75 g/l。
7、其中，所述反应溶剂中，三元深度共熔溶剂的质量浓度为5~30 wt%，优选10~30wt%，更优选10 wt%。
8、其中，所述反应体系中，反应温度优选为为160~180 oc，更优选170 oc。
9、其中，所述反应体系中，反应时间为5~30 min，优选5~25 min，更优选10~15 min。
10、接着，本发明提供了野生地霉菌在三元深度共熔溶剂-水体系中催化生物质基糠醛胺化合成糠胺的方法，该野生地霉菌为地霉 galactomyces sp.cczu11-1，保藏号为cgmccno.5561，该野生地霉菌已在公开号为cn102604844a的中国专利中公开。
11、具体地，本发明提供的利用地霉菌生物催化合成糠胺的方法，具体所述应用的方法为：将野生地霉菌、胺供体加入到上述生物质基糠醛反应液中，在温度25~45 oc下反应12h后，将生物质基糠醛转化为糠胺。
12、其中，地霉菌的制备方法为：将地霉 galactomycessp.cczu11-1在摇瓶培养基中继续培养，培养温度为25~30 oc，培养时间为120~150 h，将含菌的培养基在离心机上以8000rpm的转速离心3 min，去除上清液，并用ph值为7.0的磷酸盐缓冲液重悬2~3次，充分处理培养基残留物，即得地霉全细胞湿菌体，菌体干重占湿菌体的25%。其中培养基组分和含量如下:nano3 3~6 g/l，kh2po4 1~2 g/l，mgso4·7h2o 0.5~1 g/，kcl 0.5~1 g/l，feso4·7h2o0.01~0.02 g/l，琼脂15~20 g/l。
13、其中，所述反应体系中，地霉全细胞的用量为25~50 g/l，优选用量为30 g/l。
14、其中，所述反应体系中，反应温度为25~45 oc，优选30 oc。
15、其中，所述反应体系中，胺供体 l-丙氨酸与底物摩尔比为2~16:1，优选摩尔比为8~16:1，更优选摩尔比为10~14:1，最优选摩尔比为12:1。
16、其中，所述反应体系中，生物基糠醛底物浓度为50~350 mm，优选底物浓度为50~150 mm。
17、进一步的，上述利用地霉菌生物催化合成糠胺的方法还包括对反应产物进行分离纯化处理。
18、本发明所制备的糠胺具有抑菌活性，可用于抑菌。可应用于食品工业的防腐剂、医药行业的抗菌剂、农业的植物保护剂和水处理中的水处理剂等。能够有效抑制产品在运输、储藏、销售过程中的菌体污染，保证质量和稳定性。
19、本发明通过三元深度共熔溶剂处理甜菜渣，可有效破坏甜菜渣的复杂结构，脱除木质素，提高半纤维素的释放效果，以此来提高糠醛的产量。同时在生物催化过程中，三元深度共熔溶剂可作为良好的溶剂能够显著提高生物催化活性。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20、(1)本发明利用三元深度共熔溶剂作为酸催化剂与反应溶剂，在化学催化过程中在催化反应中可以与甜菜渣废弃物有更好的接触，使反应更加充分，从而提高糠醛的产率。与传统的酸催化相比，本发明的三元深度共熔溶剂催化剂获得的产率更高，且更为绿色环保。
21、(2)本发明利用化学法催化废弃甜菜渣制备生物基糠醛，并对制备糠醛工艺中的溶剂体系、催化条件进行优化，可有效催化生物质中的的半纤维素转化为糠醛，糠醛的收率最高可达65.2％。
22、(3)本发明以废弃物甜菜渣作为生物质原料，原料来源丰富、可再生，工艺简单，易于规模生产，降低生产的能耗和污染。
23、(4)本发明以生物质基衍生的糠醛作为底物，在三元深度共熔溶剂-水体系中利用地霉菌 galactomycessp.cczu11-1进行生物催化反应，实现糠胺的高效合成，解决了传统化学法合成糠胺反应条件苛刻、环境污染严重、成本高昂的问题。
24、(5)本发明为利用化学-生物法耦联处理生物质转化为高价值附加品化合物提供了一条切实可行的绿色路线。
1.一种基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，所述生物质为甜菜渣废弃物，所述生物质粉末为将生物质经干燥、粉碎、研磨、过60~80目筛得到。
3.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，步骤（1）所述的反应溶剂中，三元深度共熔溶剂的质量浓度为5~30wt%。
4.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，步骤（1）中，生物质粉末在反应溶剂中的浓度为75~85 g/l。
5.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，步骤（1）所述的加热反应的温度为140~180℃，反应时间为5~30min。
6.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，步骤（2）中，胺供体与糠醛的摩尔比为2~16:1。
7.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，野生地霉菌以全细胞的形式加入，胺化反应体系中野生地霉菌全细胞的质量浓度为25~50 g/l。
8.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂的化学-生物耦联催化生物质合成糠胺的方法，其特征在于，步骤（2）所述的胺化反应的温度为25~35℃，反应时间为12h。
9.根据权利要求1所述的基于三元深度共熔溶剂和野生地霉菌的化学-生物耦联催化甜菜渣合成糠胺的方法，其特征在于，生物基糠醛底物浓度为50~350 mm。
10.一种如权利要求1~9任一项所述方法制备的生物质基糠醛或糠胺的应用，其特征在于，所述糠醛和/或糠胺在抑制细菌中的应用。
