生物转化法生产1,3-丙二醇的技术进展

综述了生物转化法生产1,3-丙二醇的研究成果,包括发酵菌种、发酵工艺和发酵产物的分离提取工艺等,展望了未来1,3-丙二醇的发展方向。     

发酵法生产1,3-丙二醇的研究进展

1,3-丙二醇是一种重要的化合物,近年来由于其用途的不断拓宽而越来越受到广泛重视。生物合成法生产1,3-丙二醇具有绿色高效、使用可再生能源等特点,是目前最具前景的生产方式。本文从发酵菌种、发酵工艺、发酵过程优化和精制提纯几个方面对发酵法生产1,3-丙二醇的研究现状进行了介绍。提出为使生物法生产1,3-丙二醇在成本上与化学法相比更具优势,在提高产量的同时应该引入新技术、新手段对发酵过程进行强化,使得过程更加精准且易于控制;同时指出综合考虑经济性与能耗问题,对发酵与分离的全过程进行整合,是今后发酵法生产1,3-丙二醇实现产业化的研究重点。     

代谢工程在发酵甘油产1,3-丙二醇中的应用进展

文章在介绍1,3-丙二醇代谢途径和关键酶的基础上,综述了代谢工程在发酵甘油产1,3-丙二醇中的应用进展,主要包括在原始生产菌中过表达关键酶、阻断副产物的代谢途径以及构建辅酶再生系统,并展望了1,3-丙二醇发酵生产的前景。     

甘油和木糖共发酵生产1,3-丙二醇的研究

以克雷伯氏肺炎杆菌代谢甘油为研究对象,采用木糖作为发酵过程中的辅助底物与甘油共发酵生产1,3-丙二醇,以解决甘油单耗过大的问题,并研究了甘油和木糖共发酵过程中相关代谢物浓度的变化规律。实验表明:克雷伯氏肺炎杆菌可利用D-木糖经过磷酸戊糖途径为菌体代谢提供大量的还原力(NADPH和NADH),促进1,3-丙二醇的合成。与甘油单独发酵相比,以木糖作为辅助底物的微氧批次补料发酵中,1,3-丙二醇的质量浓度、甘油转化率及产量分别提高了10.58%,21.11%和10.98%。共发酵生产1,3-丙二醇在降低甘油到1,3-丙二醇单耗的同时,还可以促进副产物的生成,为克雷伯氏菌发酵多联产工艺提供了可能,从而较全面地降低甘油发酵生产1,3-丙二醇工艺的技术成本,具有一定的研究意义。     

发酵法生产1,3-丙二醇工艺优化及评价

1,3-丙二醇主要用途是和对苯二甲酸(PTA)一起合成新型聚酯对苯二甲酸丙二醇酯(PTT),但是1,3-丙二醇的高成本制约了PTT的发展,低成本1,3-丙二醇合成工艺的研究开发工作成为国内外的热点课题之一。本文是在以甘油为底物发酵生产1,3-丙二醇的工艺路线上进行优化,使用实验室2.5 L发酵罐进行试验,研究甘油发酵过程中搅拌速度、氮气通气率、发酵时间对最终发酵液中1,3-丙二醇含量的影响,在发酵温度37℃、pH值7.0、通气率0.2 vvm、发酵时间40 h、搅拌转速400 r/min的条件下,发酵液中1,3-丙二醇的含量高达80 g/L以上,产品纯度达到99.5%以上。     

分段通气对Klebsiella pneumoniae生产1,3-丙二醇关键酶和辅酶的影响

通过考察1,3-丙二醇合成中关键酶、辅酶的变化,研究了分段通入空气对Klebsiella pneumoniae厌氧发酵生产1,3-丙二醇的影响. 与对照组相比,在发酵前期(12 h)通入空气4 h后,甘油脱氢酶酶活提高1.5倍,1,3-丙二醇氧化还原酶酶活提高18%,1,3-丙二醇浓度提高16%;发酵后期(28和48 h)通入空气后,甘油脱氢酶酶活不变,1,3-丙二醇氧化还原酶酶活下降,1,3-丙二醇浓度降低. 发酵前期,通气对辅酶NADH和NAD的浓度无影响;发酵后期,菌体生长停滞,辅酶的浓度也随之下降.     

厦门大学开发出基于丁酸梭菌的1,3-丙二醇生产新方法

正厦门大学开发出一种基于丁酸梭菌的1,3-丙二醇的发酵生产方法,在发酵培养基中添加活性炭进行发酵生产,通过该活性炭对发酵产物的吸附,解除产物抑制作用,从而提高菌体活性和1,3-丙二醇生产强度,其中活性炭的添加量为每升发酵培养基添加30～100 g活性炭。与未添加活性炭相比,采用该方法可以提高1,3-丙二醇的产率。     

微生物发酵法制备1,3-丙二醇的研究进展

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,广泛应用于医药、化工、食品及化妆品等领域。基于绿色高效、反应条件温和及可持续发展的优势,利用现代微生物技术生产1,3-丙二醇成为了研发热点。本文从生产菌种、发酵工艺、1,3-丙二醇代谢中关键酶和制备1,3-丙二醇基因工程菌等几个方面对发酵法生产1,3-丙二醇的国内外研究现状进行了介绍,并展望了未来研究及发展趋势。     

发酵液中1,3-丙二醇的分离工艺的研究进展

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,通过发酵转化甘油生产1,3-丙二醇是以绿色化学为特征的,但由于发酵液成分复杂,且1,3-丙二醇具有很强的极性,导致分离困难,使1,3-丙二醇的下游分离成为发酵法产业化的关键。本文将从发酵液的预处理、粗分离和精制这3个方面对1,3-丙二醇的分离工艺进行综述。     

科技信息

副产甘油发酵生产1,3-丙二醇中试技术通过鉴定中石化上海工程公司与抚顺石油化工研究院联合承担的中国石化科技开发项目——年处理副产甘油200吨发酵生产1,3-丙二醇中试技术,日前通过中石化科技部组织的     

Design and economic analysis of the technological scheme for 1,3-propanediol production from raw glycerol

A technological scheme for producing 1,3-propanediol from raw glycerol was designed, simulated, and economically assessed. The production process was composed of three main stages, namely: glycerol purification, glycerol fermentation, and 1,3-propanediol recovery and purification. First, a typical stream of raw glycerol was purified up to 98 wt %, and then the fermentation took place in a two continuous stages process by means of a Klebsiella pneumoniae strain. For the fermentation stage, a rigorous analysis was carried out using a kinetic model considering both substrate and products inhibition. Thus, multiplicity of steady states and hysteresis loops were studied for the first fermentation stage. Also, in order to optimize both the outlet concentration of 1,3-propanediol and its productivity, three different objective functions were analyzed. As result, each objective function led to an optimal condition, such as: the highest global yield to 1,3-propanediol (0.599 mol/mol), the highest outlet concentration of 1,3-propanediol (0.512 mol/L), and the highest global productivity (1.157 × 10^?2), respectively. Then, the downstream process for 1,3-propanediol recovery and purification was designed based on a reactive-extraction process and a reactive-distillation process. This downstream process was applied to each scenario analyzed on the fermentation stage. Finally, the three scenarios were economically assessed and the lowest production cost was obtained for the third scenario. Simulation process and fermentation analysis were performed using Aspen Plus and MatLab respectively, while the economic assessment was carried out using the Aspen Icarus Process Evaluator.     

产1,3-丙二醇克雷伯氏菌诱变菌株的发酵动力学研究

克雷伯氏菌是1,3-丙二醇(1,3-PD)生产菌。根据产酸克雷伯氏菌的诱变菌株Y-37的发酵过程曲线,对克雷伯氏菌生产1,3-PD的发酵动力学特性进行研究,提出了发酵过程中菌体生长、1,3-PD生物合成、甘油消耗的动力学模型,并应用matlab数值应用软件对实验数据进行拟合。该模型基本上能够描述克雷伯氏菌的发酵过程,模型的计算值与实验测定值能够比较好地拟合。     

两段双底物发酵生产1,3–丙二醇

利用Klebsiella pneumoniae生长与催化耦合的特点，将好氧生长与厌氧转化两个过程耦合，开发了两段双底物发酵生产1,3-丙二醇的新工艺，并对其工艺特点进行了初步研究. 结果表明，采用两段双底物发酵工艺，发酵过程菌体浓度明显高于传统的厌氧转化工艺，OD650最大值达到9.37，发酵60 h, 1,3-丙二醇的浓度达到50.16 g/L，生成速率达0.836 g/(L×h)，比传统工艺提高了45%.     

葡萄糖作辅助碳源对klebsiella pneumoniae发酵生产1,3-丙二醇的影响

在Klebsiella pneumoniae发酵甘油生产1,3 丙二醇的种子培养及发酵实验中,考察了葡萄糖作辅助碳源对菌体生长及1,3 丙二醇生成的影响. 结果表明,在种子培养期,以葡萄糖和甘油为混合碳源可缩短种子培养周期;在批次发酵和流加发酵中,葡萄糖作辅助碳源可使1,3 丙二醇产率及得率明显提高,但不同的葡萄糖加入方式对产率及得率促进的效果不同. 在初始发酵培养基中添加5 g/L葡萄糖、并在4 40 h进行葡萄糖与甘油混合液连续流加的条件下,1,3 丙二醇浓度、产率及得率较单一甘油为底物的流加发酵结果分别提高41.2 , 38.6 和8.3 .     

有机酸对产丙二醇菌生长和生产的影响

为提高克雷伯氏肺炎杆菌厌氧发酵生产1,3-丙二醇的能力,在发酵过程中添加有机酸(OA),考察其对菌体生长、1,3-丙二醇及其他副产物合成的影响。实验表明:添加OA可促进菌体生长,加入质量浓度为0.2~0.5g/L的OA,菌体生长的菌液在590 nm处吸光度(OD)值比参照值高出30%;加入过量的OA(>1.0 g/L),则菌体生长受到抑制,OD值比参照值低37%;添加OA可促进单位细胞合成1,3-丙二醇,加入质量浓度为0.2~0.5g/L的OA,单位菌体的1,3-丙二醇质量浓度比参照高3.8%~17.5%;添加OA能提高甘油转化为1,3-丙二醇的转化速率,加入0.2~0.5 g/L的OA,甘油转化为1,3-丙二醇的最大转化速率达0.81 h-1。在15 L罐上批式发酵48 h,1,3-丙二醇最终质量浓度达42.9 g/L,甘油转化为1,3-丙二醇的平均转化率达64%。     

发酵液中1,3-丙二醇的分离方法研究进展

介绍了1,3-丙二醇的两大生产方法:化学法和生物法。重点介绍了生物发酵法,对发酵液中1,3-丙二醇的分离方法(包括蒸发精馏法、阳离子树脂吸附法、分子筛法、超滤和醇沉、萃取分离等)进行了分析,并对其前景进行了展望。     

Effective and simple recovery of 1,3-propanediol from a fermented medium by liquid–liquid extraction system with ethanol and K_3PO_4

1,3-Propanediol,traditionally obtained from fossils,has numerous industrial applications,including use in the production of high performance polymers.The microbial production of 1,3-propanediol presents several opportunities,and the final purity grade determines its price and commercial viability.The development of novel separation technology could improve the economic viability of the bioproduction of 1,3-propanediol.Thus,we investigated salting-out extraction as a novel process for 1,3-propanediol recovery from fermentation broth.Initially,a screening for the best salt/solvent combination was conducted and then optimized using the response surface methodology.The solvents studied were methanol,ethanol,isopropanol and acetone,and the salts examined were K_2HPO_4,Na_2CO_3,K_2CO_3,(NH_4)_2SO_4,NaHPO_4,K_3PO_4 and C_6H_5NaO_7.The optimal extraction system consisted of 34 wt%K_3PO_4,28 wt% ethanol,and 38 wt% fermentation broth containing 23.0 g·L~(-1)1,3-propanediol,which gave the highest partition coefficient of 33 and recovery yield of 97%.The results demonstrated that salting-out extraction was a promising method for 1,3-propanediol recovery from fermentation broth.     

发酵产1,3-丙二醇的关键酶研究进展

1,3-丙二醇(1,3-PDO)是一种重要的化工原料.综述了微生物法生产1,3-丙二醇的关键酶相关研究成果,包括1,3-丙二醇氧化还原酶、甘油脱水酶等,并进行了展望.     

1,3-丙二醇分批发酵动力学模型

在分批发酵中，研究了Klebsiella pneumoniae的生长、底物甘油消耗及1,3-丙二醇的产生特性. 基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，得到了描述1,3-丙二醇分批发酵过程的动力学模型及模型参数，该组模型能很好地拟合发酵过程，并在初始甘油浓度变化较大的范围内表现出很好的适用性. 同时，所建立的模型也基本反映了Klebsiella pneumoniae分批发酵过程的动力学特征. 基于分批发酵动力学模型，提出了以甘油为单一碳源时的底物流加策略，通过与其他流加策略条件下的发酵对比实验表明，通过基于动力学模型的流加策略可获得更高的1,3-丙二醇浓度及生产强度.     

微生物发酵法1,3-丙二醇克雷伯氏菌的诱变育种

克雷伯氏菌是1,3-丙二醇(1,3-PD)生产菌。以产酸克雷伯氏菌2-1为出发菌株,经硫酸二乙酯(DES)诱变处理,运用质子自杀法选育,从含0.2 mol/L NaBr-NaBrO3的初筛平板上选出48株单菌落,然后结合培养基优化后的摇瓶发酵复筛,获得6个产酸突变株,其中Y-37具有较高的1,3-丙二醇转化率。经过初筛、复筛和传代实验,表明其是稳定的突变株。对菌株Y-37在自动发酵罐上进行批式发酵,结果显示:突变株产酸量大幅降低,而1,3-丙二醇的产量则显著增加。Y-37的1,3-丙二醇产量由出发菌株的10.67g/L升至18.23g/L。