一種以多乙烯多胺控制pH值，發酵制備1,3-丙二醇的方法技術

本發明專利技術公開了一種以多乙烯多胺控制pH值，發酵制備1,3-丙二醇的方法，將克雷伯桿菌接種到種子培養液中，在一定的條件下進行種子培養，將培養好的種子培養液接種到裝有發酵液的發酵罐里，發酵液裝載量為50-85%，在一定的條件下進行發酵培養，生成1，3-丙二醇，發酵過程中以流加多乙烯多胺水溶液來調節發酵液的pH值，生成的副產物有機鹽用納濾膜截留除去。本發明專利技術方法可顯著提高1,3-丙二醇的生產強度、轉化率和在最終發酵液中的濃度；同時，在脫鹽步驟中，除鹽工藝操作簡單，提取時1,3-丙二醇的損失少，得率高，生產費用低；上述工藝，可以明顯降低1,3-丙二醇的生產成本，易于工業化生產。

Process for preparing 1,3- propylene glycol by controlling pH value with poly ethylene polyamine

The invention discloses a polyamine control pH, fermentation method for preparing 1,3- propylene glycol, the Klebsiella pneumoniae inoculation to seed culture medium, seed cultivation under certain conditions, the cultivation of good seed medium inoculated into the fermentation tank with liquid fermentation, fermentation liquid loading capacity of 50-85%, fermentation, under certain conditions to generate 1, 3- propanediol fermentation process by flow plus ethylene polyamine aqueous solution to adjust the pH value of the fermentation liquor, by-product organic salt formation by nanofiltration membrane to remove entrapped. The method of the invention can significantly improve 1,3- propanediol production strength, conversion rate and concentration in the final fermentation broth; at the same time, in the desalting step, the desalting process has the advantages of simple operation, less loss of 1,3- propylene glycol extraction, high yield, low production cost; the above process can significantly reduce 1,3- propylene glycol the production cost, and is easy for industrialized production.

【技術實現步驟摘要】
,3-丙二醇的方法
本專利技術屬于生物工程
，特別涉及到一種以多乙烯多胺控制PH發酵生產 1，3_丙二醇的方法及其多乙烯多胺有機鹽的分離方法。
技術介紹
1，3-丙二醇是一種重要的化工原料，可作為合成聚對苯二甲酸丙二醇酯的重要單體，以及合成雜環、藥物等的中間體，還可作為溶劑用于油墨、印染、涂料、藥物、潤滑劑、抗凍劑等。目前，規模工業化生產1，3_丙二醇的方法為化學合成法，主要的生產廠家為 Dupont和Shel 1兩家跨國公司，分別以環氧乙烷或丙烯醛為原料生產1，3-丙二醇，用于合成PTT纖維。然而，化學合成的缺點是副產物多，選擇性差，操作條件需高溫高壓，設備投資大，原料為不可再生資源，且使用的原料如環氧乙烷或丙烯醛等具有一定的危險性。另外， 1，3_丙二醇還可以經淀粉、葡萄糖或甘油等生物發酵法得到，生物發酵法具有選擇性高，操作條件溫和等特點，使用的原料為淀粉、葡萄糖或甘油等可再生資源。近年來，隨著石油、 煤、天然氣等石化資源的日趨緊缺以及地球環境的日益惡化，以生物質工程技術為核心的綠色合成技術和生態材料的發展日益受到人們的重視，因此，用生物發酵法合成1，3_丙二醇是大勢所趨。在用甘油發酵生產1，3_丙二醇的過程中，甘油作為唯一碳源和能源沿著氧化和還原途徑發生歧化反應，氧化途徑中產物與糖類發酵產物一致，并產生供細胞生長所必需的ATP，能將甘油轉化為1，3-丙二醇的微生物主要包括克雷伯桿菌屬、檸檬菌屬及梭狀芽孢桿菌屬等。在甘油轉化為1，3_丙二醇的厭氧發酵途徑中，甘油除一部分形成生物量外， 其余沿著氧化和還原兩條平行路徑代謝。在氧化途徑中，甘油在依賴于NAD的甘油脫氫酶 (⑶H)的作用下形成二羥基丙酮(DHA)，磷酸化后進入糖酵解途徑，為微生物生長提供ATP 和NADH。在還原途徑中，甘油在以維生素B12為輔酶的甘油脫水酶(⑶Ht)的作用下生成 3-羥基丙醛(3-HPA)，然后在依賴于NADH的1，3_丙二醇氧化還原酶(PDOR)的作用下形成產物1，3-PD0。在1，3-PD0的形成過程中，⑶H、⑶Ht和PDOR是關鍵酶，它們的活力與1， 3-PD0的產率密切相關。另一部分被丙酮酸甲酸裂解酶催化分解為乙酰CoA和甲酸，而乙酰 CoA在經乙酰磷酸形成乙酸。在發酵甘油生產1，3_丙二醇的過程中，乳酸和乙酸是兩種最主要的酸性副產物，它們的形成不但消耗有效的碳源，使得甘油轉化率降低，更由于它們在發酵液中的積累，使發酵液PH值降低，會對細胞的正常生理代謝形成毒害作用，因此在發酵過程中必需不斷的流加堿液以維持發酵液的pH在一定范圍內。傳統發酵用氫氧化鉀或氫氧化鈉控制pH(王劍鋒，劉海軍，修志龍等.1，3丙二醇間歇發酵培養基的優化.食品與發酵工業，2001，27(8) :5 8)，形成的有機鉀鹽或鈉鹽，但是一定濃度的有機鉀鹽或鈉鹽也會抑制了菌體生長和相關酶的活性，當發酵體系中 1，3-丙二醇和有機鹽到一定濃度時，會嚴重降低發酵速度和1，3-丙二醇的產出，使發酵不能正常進行，只能停止發酵，這樣會使發酵周期長、生產強度低、甘油轉化率低、并且發酵液中1，3_丙二醇濃度低，提取費用增大。目前用于1，3_丙二醇發酵液脫鹽的方法有電滲析法、和離子交換樹脂交換法等幾種，電滲析法可以用于小分子物質的脫鹽，但是發酵液中1，3_丙二醇的回收率不高(一般為85%左右)，能源消耗大；采用離子交換樹脂交換法脫鹽，可以將鉀、鈉離子交換吸附到樹脂上，但是會使有機酸殘留在處理液中，在后續分離時會產生副反應，影響1，3_丙二醇的收率和色澤，同時樹脂再生時會產生較大量的廢水，治理時產生一定的費用。(唐宇，龔燕，王曉林等.1，3丙二醇發酵液電滲析脫鹽的中試研究.化工進展，2004，23(1) :84 87, D. M.阿克森，A. W.阿爾索普，T.T.阿姆斯等生物生產1，3丙二醇的存化CN1816629A).為了解決上述的問題，本專利技術在甘油發酵生產1，3_丙二醇過程中以多乙烯多胺來控制發酵液的PH值，形成分子量較大的多乙烯多胺乳酸鹽或醋酸鹽等，已減少副產物有機鹽對發酵的抑制作用，使得甘油發酵速度快，生產強度高，最終發酵液中1，3_丙二醇濃度高；同時，由于生成的多乙烯多胺乳酸鹽或醋酸鹽等分子量較大，其分子尺寸也比相應的鈉鹽或鉀鹽相應增大，可以以納濾膜過濾，使多乙烯多胺乳酸鹽或醋酸鹽等與發酵液其他小分子成份(如水、1，3_丙二醇和乙醇等)分離，使分離簡單，大大降低了生產成本。
技術實現思路
本專利技術的目的有兩個其一，在以甘油為主要原料經發酵法生產1，3_丙二醇過程中，采用流加一種有機堿來中和發酵時產生的副產物乳酸或乙酸，控制發酵液的PH值，生成的有機堿乳酸鹽或醋酸鹽對甘油發酵生產1，3-丙二醇的過程影響較小，保持一定的發酵速率和生產強度；其二，與用氫氧化鈉(鉀)控制PH值時產生的乳酸鈉(鉀)、醋酸鈉 (鉀)相比，這種生成的有機堿乳酸鹽或醋酸鹽具有較高的分子量，不能通過一定尺寸的納濾膜，可以用納濾膜將其從發酵液中分離，使1，3_丙二醇分離提取簡單，降低生產成本。為實現上述目的本專利技術采用如下技術方案一種以多乙烯多胺控制pH，甘油發酵制備1，3_丙二醇的方法，其特征在于在1， 3-丙二醇的生產中過程中通過流加多乙烯多胺水溶液來調節發酵液的PH值，并且在發酵結束后，用納濾膜除去多乙烯多胺有機酸鹽，其具體工藝過程如下(1)種子制備取克雷伯桿菌接入種子培養基中，在溫度30 40°C，攪拌速率 80 IlOrpm條件下培養8 15h，轉入二代培養基中，在pH為7. 5 9. 0，溫度30 40°C 的條件下，培養5 12h，制備二級種子，備用；(2)發酵培養將發酵液裝入發酵罐內，裝載量為50-85%，將步驟(1)制備的二級種子接入其中，接種量為2 20%，然后通入氮氣或者空氣，通氣量為0. 1 0. 5vvm，在發酵液的初始pH值7. 5 9. 0，溫度30 40°C，攪拌速率80 IlOrpm條件下進行發酵，制備1，3-丙二醇，發酵過程中通過流加多乙烯多胺水溶液來控制發酵液的pH值為6 8，待甘油降至一定濃度時補加甘油，待不產酸時停止發酵；(3)多乙烯多胺有機酸鹽脫除a、在發酵完成后，用常規過濾法將菌體與發酵液分離，得到透明的水溶液；b、將上述透明的水溶液用一定孔徑的納濾膜過濾；C、當收集的過濾液達到母液的80%左右時，開始向納濾膜內緩緩添加蒸餾水，蒸餾水的添加量為母液的20%左右，得到高純度1，3_丙二醇的水溶液，4其中，種子培養基在IOOOml蒸餾水中，加入酵母膏1. 5-2. 5g、 MgS04 · 7Η200· 15-0. 25g、檸檬酸 0· 40-0. 44g、KH2P04 2. 5-3. 5g, NH4Cl 1. 5-2. 5g、CaCl2 0. 08-0. 12g、甘油^_32g、無機離子溶液1. 5-2. 5ml進行混合作為種子培養基；發酵培養基在IOOOml蒸餾水中，加入酵母膏0. 5-1. 5g、MgS04 ·7Η200. 15-0. 25g、 檸檬酸 0. 40-0. 44g、KH2PO4 0. 5-1. 5g、NH4Cl 5. 3-5. 5g、CaCl2O. 08-0. 12g、甘油 38_42g、無機離子溶液1. 5-2. 5m本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種以多乙烯多胺控制ｐＨ值，甘油發酵制備１，３－丙二醇的方法，其特征在于：在１，３－丙二醇的生產中過程中通過流加多乙烯多胺水溶液來調節發酵液的ｐＨ值，并且在發酵結束后，用納濾膜除去多乙烯多胺有機酸鹽，其具體工藝過程如下：（１）種子制備：取克雷伯桿菌接入種子培養基中，在溫度３０～４０℃，攪拌速率８０～１１０ｒｐｍ條件下培養８～１５ｈ，轉入二代培養基中，在ｐＨ為７．５～９．０，溫度３０～４０℃的條件下，培養５～１２ｈ，制備二級種子，備用；（２）發酵培養：將發酵液裝入發酵罐內，裝載量為５０－８５％，將步驟（１）制備的二級種子接入其中，接種量為２～２０％，然后通入氮氣或者空氣，通氣量為０．１～０．５ｖｖｍ，在發酵液的初始ｐＨ值７．５～９．０，溫度３０～４０℃，攪拌速率８０～１１０ｒｐｍ條件下進行發酵，制備１，３－丙二醇，發酵過程中通過流加多乙烯多胺水溶液來控制發酵液的ｐＨ值為６～８，待甘油降至一定濃度時補加甘油，待不產酸時停止發酵；（３）多乙烯多胺有機酸鹽脫除：ａ、在發酵完成后，用常規過濾法將菌體與發酵液分離，得到透明的水溶液；ｂ、將上述透明的水溶液用一定孔徑的納濾膜過濾；ｃ、當收集的過濾液達到母液的８０％左右時，開始向納濾膜內緩緩添加蒸餾水，蒸餾水的添加量為母液的２０％左右，得到高純度１，３－丙二醇的水溶液，其中，種子培養基：在１０００ｍｌ蒸餾水中，加入酵母膏１．５－２．５ｇ、ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ０．１５－０．２５ｇ、檸檬酸０．４０－０．４４ｇ、ＫＨ２ＰＯ４　２．５－３．５ｇ，ＮＨ４Ｃｌ?。保担玻担?、ＣａＣｌ２０．０８－０．１２ｇ、甘油２８－３２ｇ、無機離子溶液１．５－２．５ｍｌ進行混合作為種子培養基；發酵培養基：在１０００ｍｌ蒸餾水中，加入酵母膏０．５－１．５ｇ、ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ０．１５－０．２５ｇ、檸檬酸０．４０－０．４４ｇ、ＫＨ２ＰＯ４?。埃担保担?、ＮＨ４Ｃｌ?。担常担担?、ＣａＣｌ２０．０８－０．１２ｇ、甘油３８－４２ｇ、無機離子溶液１．５－２．５ｍｌ、ＭｎＣｌ２　０．０１－０．０１２ｇ混合制得發酵培養基；無機離子溶液為：在１０００ｍｌ蒸餾水中，加入以下物質配制而成：ＺｎＣｌ２０．６５－０．７０ｇ、ＭｎＣｌ２?。保埃保埃保埃玻埃纭ⅲ龋常拢希场。埃埃担埃埃罚?、ＣｕＣｌ２?。埃矗担埃担埃纭ⅲ疲澹茫欤场。担玻担叮?、ＣｏＣｌ２?。保保保担?、（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４·４Ｈ２Ｏ　０．２３－０．２７ｇ、３ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４?。保福玻玻恚?。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：邵千飛，汪德林，張墩民，任俊虎，黃緒民，
申請(專利權)人：安徽立興化工有限公司，
類型：發明
國別省市：34