甘油生物轉(zhuǎn)化1,3-丙二醇及其產(chǎn)物的鹽析萃取.pdf

1、1，3-丙二醇(1，3-PD)是一種重要的化工原料，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、紡織和化妝品等多個領(lǐng)域，尤其作為單體用于合成新型聚酯——聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)。1，3-PD的生產(chǎn)方法包括化學(xué)合成法和生物轉(zhuǎn)化法，與高成本的化學(xué)法相比，生物轉(zhuǎn)化法因所用原料來源廣泛、操作條件簡單及環(huán)境污染小等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。目前，微生物轉(zhuǎn)化甘油生產(chǎn)1，3-PD的原料是價格較高的工業(yè)甘油，主要生產(chǎn)方式是底物濃度難以準(zhǔn)確控制的批式流加發(fā)酵。此外，1，3-P

2、D的親水性和沸點均較高，且發(fā)酵液成分復(fù)雜使得下游分離過程比較困難。本文主要針對微生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)1，3-PD的發(fā)酵與下游分離過程進行了以下研究。
　　首先，考察了克雷伯氏桿菌厭氧連續(xù)發(fā)酵甘油的動態(tài)行為。當(dāng)發(fā)酵達到穩(wěn)態(tài)后，將甘油濃度從2％升高到8％，發(fā)酵進入過渡態(tài)，3-羥基丙醛(3-HPA)的濃度迅速升高至19.8 g/L后又快速下降至1.45 g/L，其它代謝產(chǎn)物濃度快速降至最小值。經(jīng)過約30 h的過渡期，各代謝產(chǎn)物濃度已逐漸升高并

3、進入振蕩期，經(jīng)歷78 h、9個持續(xù)的振蕩周期后發(fā)酵結(jié)束，振蕩消失。通過對3-HPA濃度變化的分析表明，3-HPA可能是誘發(fā)振蕩現(xiàn)象的內(nèi)在原因。
　　其次，研究了克雷伯氏桿菌轉(zhuǎn)化甘油生產(chǎn)1，3-PD的底物流加控制發(fā)酵，其特征是批式流加發(fā)酵過程與細胞生長和代謝相耦聯(lián)。通過對細胞生長動力學(xué)的分析，建立了發(fā)酵對數(shù)生長期和穩(wěn)定期底物消耗與CO2濃度和堿液消耗量之間的函數(shù)關(guān)系，分別為F1=0.30C+1.01F2和F1=0.11+1.37F2

4、（F1:底物流加速率，F(xiàn)2:堿液流加速率，C: CO2濃度）。兩次在線反饋補料發(fā)酵實驗結(jié)果表明，當(dāng)甘油濃度控制在20±2 g/L時，1，3-PD的濃度分別可達到80.3和78.8 g/L，與手動反饋補料相比，1，3-PD濃度分別提高了25.0和23.5 g/L。
　　之后，考察了克雷伯氏桿菌利用生物柴油副產(chǎn)粗甘油轉(zhuǎn)化1，3-PD的情況。結(jié)果表明，克雷伯氏桿菌可以有效地利用粗甘油生產(chǎn)1，3-PD，其濃度可達到60 g/L以上，同時也

5、產(chǎn)生了較多的乳酸，其濃度在30 g/L左右，二者的濃度之和可達94 g/L，甘油的質(zhì)量轉(zhuǎn)化率為56.8％，實現(xiàn)了1，3-PD和乳酸的聯(lián)產(chǎn)，提高了粗甘油的利用率。同時，3批次連接的發(fā)酵實驗表明，批式流加發(fā)酵對數(shù)前期的發(fā)酵液可作為種子液使用。
　　最后，分別利用一步和兩步鹽析萃取技術(shù)分離工業(yè)甘油發(fā)酵液中的1，3-PD及粗甘油發(fā)酵液中的1，3-PD和乳酸。一步鹽析萃取中，采用乙醇(20％，w/w)/磷酸氫二鉀(24％，w/w)體系，1，

6、3-PD分配系數(shù)和回收率分別為21.59和97.7％，細胞和可溶性蛋白的去除率可達99.6％和85.6％。兩步鹽析萃取中，第一步最佳條件為異丙醇(30％，w/w)/碳酸鉀(30％，w/w)，1，3-PD的分配系數(shù)和回收率分別為9.81和92.4％，乳酸分配系數(shù)和去除率分別為0.13和88.9％，細胞和可溶性蛋白的去除率分別為99.6％和85.5％。第二步最佳條件為pH6.5和乙醇28％(w/w)，乳酸的分配系數(shù)和回收率分別為1.27和7