生物转化法生产2,3-丁二醇的研究

介绍国内外关于生物转化法生产2,3-丁二醇的研究情况,其中包括转化过程中菌种的选择及其改造、发酵底物的选择、发酵条件及产量、产物的分离提纯方法等。并对该生物转化过程提出一些新的改进方法,以期降低生产成本,解决日益严重的能源危机和环境污染等问题。     

Production of 2,3-Butanediol by Klebsiella Pneumoniae Using Glucose and Ammonium Phosphate

The production of 2,3-butanediol by Klebsiella pneumoniae from glucose supplemented with different salts was studied. A suitable medium composition was defined by response surface experiments. In a medium containing glucose and （NH4）2HPO4, the strain could convert 137.0g of glucose into 52.4g of 2,3-butanediol and 8.4g of acetoin in shaking flasks. The diol yield amounted to 90% of its theoretical value and the productivity was 1-1.5g.L^-1.h^-1. In fed-batch fermentation, the yield and productivity of diol were further enhanced by maintaining the pH at 6.0. Up to 92.4g of 2,3-butanediol and 13.1g of acetoin per liter were obtained from 215.0g of glucose per liter. The diol yield reached 98% of its theoretical value and the productivity was up to 2.1g.L^-1.h^-1.     

葡萄糖和木糖双底物生物合成2,3-丁二醇的条件优化

针对利用葡萄糖和木糖合成2,3-丁二醇的Klebsiella pneumoniae XJ-Li菌,优化培养基组成与发酵条件,围绕五、六碳糖共代谢的特点,探讨简单可行的代谢调控方法. 结果表明,60 g/L葡萄糖和40 g/L木糖为碳源,5.75 g/L NH4H2PO4为氮源,pH值维持在5.5,培养温度38℃, 2,3-丁二醇浓度可达19.24 g/L. 确定了pH值调控和外源添加维生素C的调控方式,通过调节发酵过程中pH值于5.5左右,使2,3-丁二醇的产量提高了16.4%;添加60 mg/L维生素C调节培养基的氧化还原状态,可使2,3-丁二醇的产量提高44.3%,批式发酵48 h, 2,3-丁二醇终浓度可达33.47 g/L.     

氧化葡萄糖酸杆菌GDHK的葡萄糖培养基优化及其催化2,3-丁二醇生成乙偶姻的性能研究

在前期的工作中对氧化葡萄糖酸杆菌的膜结合葡萄糖脱氢酶基因(gdh)进行了敲除,已得到一株工程菌株GDHK[1],去除了由于该酶的存在而导致葡萄糖培养基容易酸化的途径,从而促进细胞在葡萄糖上的生长.为了更有效地利用葡萄糖这一相对廉价的碳源、降低氧化葡萄糖酸杆菌的生物催化成本,首先用正交实验方法对GDHK的葡萄糖培养基优化,优化结果显示最优的葡萄糖培养基配方为:葡萄糖40 g·L-1,酵母粉20 g·L-1,硫酸铵0.5g·L-1,磷酸二氢钾4g·L-1,七水硫酸镁0.5g·L-1.用优化好的培养基配方测定GDHK的生长,最终菌浓从0.6g·L-1提高到0.75 g·L-1,提高了25％.其次,实验还探讨了原始菌621H和敲除菌GDHK分别在葡萄糖、山梨醇、甘露醇和甘油这4种碳源培养基上培养所得的静息细胞催化2,3-丁二醇生成乙偶姻的影响.实验表明,在葡萄糖培养基上生长的GDHK得到的静息细胞催化效果最好,反应进行到12h,乙偶姻的转化效率已达到80.00％,浓度为3130 g·L.,是同样在葡萄糖上生长的原始菌细胞催化能力的13倍,同时也是其他培养基的1.2～1.5倍,而葡萄糖的用量也只有传统的其他碳源用量的一半,这些都说明用葡萄糖代替其他多元醇,作为工业上培养氧化葡萄糖酸杆菌催化乙偶姻生产的碳源,降低生产成本的策略具有较好的应用前景.     

两株Klebsiella pneumoniae菌发酵生产2,3-丁二醇的比较

对两株克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)批式流加发酵生产2,3-丁二醇进行了研究,结果表明,K. pneumoniae CICC 10011代谢产生的各种有机酸和乙醇浓度均明显低于K. pneumoniae DSM 2026,发酵56 h,目标产物(2,3-丁二醇+乙偶姻)浓度为85.61 g/L,生产强度为1.53 g/(L×h),葡萄糖质量转化率为45%. 对2株克雷伯氏菌发酵的代谢流量分析表明,K. pneumoniae CICC 10011是生产2,3-丁二醇的优良菌株.     

2,3-丁二醇的发酵生产

能源危机和环境污染使得化工行业的发展举步维艰,亟待开发新的发展模式,以可再生能源为原料的生物炼制技术成为可行的途径之一。2,3-丁二醇的发酵生产是现代生物炼制的重要课题之一。2,3-丁二醇作为一种大宗的化学产品具有广泛的应用价值,尤其在化工、食品、燃料、医药等领域。本文简要描述了2,3-丁二醇在微生物体内的代谢途径,着重讨论了2,3-丁二醇的发酵生产,对发酵的菌种种类、菌种诱变和定向改造、各种发酵影响因素（包括底物、pH值、溶氧、温度以及发酵方式）进行了详细的归纳总结,同时展望了2,3-丁二醇发酵生产的研究发展方向。     

2,3-丁二醇分离提取工艺研究进展

2,3-丁二醇应用广泛,是一种潜在的平台化合物,可以用于替代传统平台化合物——四碳烃。基于能源安全及绿色环保的需求,生物炼制制备2,3-丁二醇受到人们的青睐。与化学法相比,生物炼制制备2,3-丁二醇具有明显的优势。然而,2,3-丁二醇的高沸点及强极性的特点使它难以从发酵液中分离。这成为了生物炼制2,3-丁二醇工艺工业化的瓶颈。因此,开发高效价廉的2,3-丁二醇分离工艺成为研究的重点。本文综述了从发酵液中分离2,3-丁二醇工艺的研究进展。2,3-丁二醇的分离主要包括固液分离、发酵液深处理及2,3-丁二醇精制3个方面,涉及的分离技术包括离心、絮凝、膜过滤、离子交换、电渗析、萃取、精馏等以及相关技术的优化和耦合。提出今后的研究重点在于现有分离工艺的高效整合及新型分离工艺的有效突破。     

盾叶薯蓣糖化液发酵生产2,3-丁二醇

利用克雷伯氏杆菌以盾叶薯蓣糖化液为底物发酵生产2,3-丁二醇(2,3-BD),考察了2,3-BD浓度、生产强度、有机酸生成及代谢流量分布情况. 结果表明,盾叶薯蓣中的有机酸成分能促进三羧酸循环途径和乙酸途径的代谢流,减弱琥珀酸途径的代谢流,从而提高2,3-BD的浓度. 以盾叶薯蓣糖化液为底物,采用批式流加方式,补加固体葡萄糖,发酵56 h,发酵液中2,3-BD最终浓度达到80.20 g/L,乙偶姻与2,3-BD浓度之和最终达到86.19 g/L,生产强度达到1.54 g/(L×h),比单独以葡萄糖为底物时分别提高了8.50%, 7.38%和7.69%.     

2,3-丁二醇发酵过程的菌体生物质回收利用初步研究

研究了在粘质沙雷氏菌利用蔗糖生产2,3-丁二醇过程中,回收利用菌体制备溶菌液替代发酵培养基中氮源。摇瓶发酵培养中,2,3-丁二醇浓度为39.3 g.L-1,与酵母粉作为氮源相比,产物浓度相近;以多次回收废菌体制成的溶菌液替代酵母粉作为氮源,2,3-丁二醇浓度略低。3.7 L发酵罐实验中,共有221.95 g.L-1蔗糖被利用,2,3-丁二醇最高浓度为109.2 g.L-1,2,3-丁二醇转化率达到0.492 g.g-1、产率达到2.6 g.L-1.h-1。     

发酵法生产2,3—丁二醇

应用Klebsiella oxytoca发酵生产2,3-丁二醇,以葡萄糖为底物,在5L发酵罐、37℃、pH为6.0、底物浓度为160g/L的条件下发酵,产物浓度在100g/L,底物转化率达90％以上,与酒精行业发酵水平类似。     

利用肺炎克雷伯氏菌以葡萄糖和磷酸铵盐为底物生产2,3-丁二醇

1 INTRODUCTION Interest in microbial production of 2,3-butanediol has been increasing recently due to the extensive indus-trial application of this product. This colorless and odorless liquid with a high boiling point and a low freezing point is a potential valuable fuel additive. Its heating value is 27.198kJ·g-1, which is quite near the value of ethanol (29.055kJ·g-1). Besides, condensation of diol to methyl ethyl ketone (MEK) coupled with subsequent hydrogenation yields octane isom…     

Klebsiella pneumoniae发酵菊芋生产2,3-丁二醇的初步研究

对Klebsiella pneumoniae发酵菊芋块茎生产2,3-丁二醇进行了初步研究,通过摇瓶实验考察了不同碳源及培养基中微量元素对发酵的影响. 结果表明,菊芋是良好的发酵2,3-丁二醇的底物,以其为底物时产物浓度和生产强度比葡萄糖发酵提高了42%以上,培养基中不添加微量元素对菊芋发酵基本没有影响,因而可简化培养基成分以降低生产成本. 在发酵罐批式流加实验中,发酵56 h菊芋发酵的产物浓度和生产强度分别为81.47 g/L和1.45 g/(L×h),与葡萄糖发酵结果相当.     

生物基化学品2,3-丁二醇的研究进展

从2,3-丁二醇的发酵研究(菌株、非粮碳源、发酵工艺)和下游处理技术两方面对生物法生产2,3-丁二醇的研究进展进行了概述,并对不同的分离方法进行了比较,指出降低2,3-丁二醇的生产成本应从菌种选育、发酵工艺优化及高效廉价节能的分离工艺研究出发,并在此基础上进行系统优化、展开2,3-丁二醇的应用研究是今后生物法生产2,3-丁二醇研究应关注的问题.     

2,3-丁二醇发酵液的双水相萃取

研究了从发酵液中双水相萃取2,3-丁二醇的工艺条件,以目标产物的分配系数和回收率为指标,分别考察了不同双水相萃取体系以及相组成对2,3-丁二醇分配的影响,确定了适合于2,3-丁二醇发酵液萃取的最佳相组成. 结果表明,适合2,3-丁二醇双水相萃取的体系为乙醇/硫酸铵体系,对于絮凝后的发酵液,采用硫酸铵浓度为20%(w)、乙醇浓度为27%(w)的双水相体系,发酵液中2,3-丁二醇的分配系数和回收率最高,分别达到了7.4和90.18%. 该工艺操作简单,能够有效地分离发酵液中的2,3-丁二醇.     

盐析萃取菊芋发酵液中的2,3-丁二醇(英文)

The removal of solid impurities and separation of target products from a fermentation broth is becoming more tedious with the utilization of lignocelluloses as source of substrate.2,3-Butanediol,an important chemical used widely is also a main product of sugar-based fermentation carried out by Klebsiella pneumoniae.In this study,we investigated the use of salting-out extraction(SOE) that employed a K2HPO4/ethanol system consisting of 21% ethanol and 17% K2HPO4(mass fraction) to separate 2,3-butanediol from the viscous Jerusalem artichoke-based fermentation broth.After SOE,about 98% of solid matters was removed,and the viscosity decreased from 72.5 mPa s in the original fermentation broth to 4.4 mPa s in the top phase.The partition coefficient and yield of 2,3-butanediol reached 13.4 and 99%,respectively,and 89% of soluble proteins was removed from the broth.The results showed that SOE is an efficient way for isolating 2,3-BD from a highly viscous fermentation broth by removing much of the solid matters within the broth.