一種促進微生物發酵生產1，3-丙二醇的方法技術

本發明專利技術公開一種促進微生物發酵生產1，3-丙二醇的方法，包括種子液培養過程和發酵過程，所述發酵過程使用的發酵培養基中含有濃度為0.1g/L～0.4g/L丙酮酸和/或α-酮戊二酸，發酵過程依次分為微氧發酵和厭氧發酵，當OD值大于7時由微氧發酵轉變為厭氧發酵。該方法能夠有效促進甘油的轉化，大幅提高最終產物中1，3-丙二醇的濃度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物工程
，主要涉及ー種促進微生物發酵生產1，3_丙ニ醇的方法。
技術介紹
1，3_丙ニ醇(l，3-Propanediol，PD0)主要用于生產性能優異的新型聚酯PTT(Polytrimethylene Terephthalate)。PTT既具有PET的化學穩定性，又具有尼龍的良好彈性回復性能和抗污染性。隨著低成本1，3_丙ニ醇生產エ藝的開發，PTT在紡織品領域擁有廣闊的應用前景。另外，1，3_丙ニ醇還是ー種重要的化工原料和醫藥中間體，在聚酯纖維生產以及聚氨基甲酸こ酯和環狀化合物的制造中具有廣泛的應用，可替代こニ醇生產其它聚酷(如聚萘ニ甲酸丙ニ醇，PTN)、制備新型聚氨酯(包括發泡產品、弾性體、粘合劑等)、防凍液、乳化劑等精細化工產品。由它合成的聚酯有獨特的性質和優異的性能，而且可以使聚酯 塑料具有易于自然循環的可生物降解特性。近年來，作為重要的有機合成原料和中間體，因其獨特性能以及廣泛的用途成為研究開發的熱點。1,3-丙ニ醇エ業生產方法主要有化學法和生物法兩大類?；瘜W法包括以丙烯醛為原料，經水合、加氫的丙烯醛水合エ藝和以環氧こ烷(EO)為原料，經氫甲?；?、再加氫的環氧こ烷氫甲?；に?。生物法是目前研究的熱點，根據原料不同可分為葡萄糖一步轉化法和甘油轉化法。生物法雖然起步較早，但是直到二十世紀八十年代才逐漸引起人們的重視。盡管目前的主要方法仍然是化學法，但是與化學法相比，微生物轉化法具有條件溫和、操作簡便、選擇性好、節省能源、設備投資少和環境良好等特點，是ー種生產成本最低、污染最少的方法，符合當今“綠色化工”和“可持續性發展”的要求。通過微生物發酵生產1，3_丙ニ醇的生產エ藝主要分為兩類以葡萄糖為原料利用基因工程菌轉化生產1，3-丙ニ醇及以甘油為原料利用克雷伯桿菌(Klebsiellapneumoniae)、弗氏朽1 樣桿菌(Citrobacter freundii)、成團腸桿菌(Enterobacteragglomerans)、丁酸梭狀芽孢桿菌(Clostridium butyricum)和巴氏梭狀芽孢桿菌(Clostridium pasteuianu)等細菌轉化生產1,3-丙ニ醇。生物法生產1，3-丙ニ醇，目前存在產物濃度低、生產周期長和甘油轉化率低等問題，直接影響生物法生產1，3_丙ニ醇的規?；瘧谩＝鉀Q上述問題，既可以通過生物化工上游技術，利用基因工程等技術手段，對發酵菌種加以改造，以提高菌種的發酵水平、產物的轉化能力，也可以在生物發酵階段，連續、分批補料、反應分離相耦合的培養方式，優化發酵條件，提高發酵水平。CNOl117282. 7公開了ー種微生物微氧發酵生產1，3_丙ニ醇的方法，其所使用的微生物細胞不僅在厭氧條件下，而且在微氧條件下都能將甘油轉化為1，3-丙ニ醇。其優點是發酵エ藝簡單經濟，既簡化了操作條件，降低了生產成本，又縮短了發酵時間，提高了生產效率，而且微氧條件下發酵液中1，3-丙ニ醇的濃度與厭氧發酵相當或略高ー些，為微生物發酵法生產1，3-丙ニ醇的エ業化提供了簡單經濟的發酵エ藝。但是，微氧發酵的方法對于兼性厭氧微生物來說，促進效應具有局限性，僅對菌體生長階段具有増益作用。而對于以甘油為底物，發酵生產1，3-丙ニ醇這一代謝過程而言，是ー個嚴格的還原反應，因此微氧條件并不利于底物甘油的轉化及產物1，3_丙ニ醇的積累。CN03119280. 7公開了ー種采用兩段雙底物集成發酵生產1，3_丙ニ醇的方法，其ニ級種子培養是以葡萄糖和甘油為混合雙底物，將耗氧條件下的ニ級種子培養和厭氧條件下的甘油厭氧轉化集成在同一個發酵罐中進行。該方法能夠減少エ藝步驟，提高設備的利用率，縮短了エ藝周期。雖然空氣的通入有利于兼性厭氧菌種生物量的積累，但是底物中引入的葡萄糖，葡萄糖代謝產物會影響到甘油發酵生產1，3-丙ニ醇的反應，以致影響最終1，3_丙ニ醇的產率。CN200510047540. 6公開了ー種微生物利用甘油厭氧發酵生產1，3_丙ニ醇的方法，其特征在于通過在發酵培養基中或在菌體生長的指數期添加適量的有機中間代謝成分，實現了 1，3_丙ニ醇發酵過程中底物與產物間理想的通量分布，進而實現高效的1，3_丙ニ醇發酵。雖然優化培養基中添加營養條件可以對菌體生長及發酵水平起到改善作用，但是很多營養分子的攝入完全取決于生物代謝的需求，諸如TCA循環中的有機中間分子在厭氧途徑中需求量并不大，其促進發酵的效果并不明顯。 上述方法雖然能夠起到簡化流程、縮短培養周期等優點，但是以上方法對于促進甘油的的轉化、提高1，3-丙ニ醇的生產效率等方面作用效果不明顯。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提供一種促進微生物發酵生產1，3_丙ニ醇的方法。該方法能夠有效促進甘油的轉化，大幅提高最終產物中1，3_丙ニ醇的濃度。本專利技術ー種促進微生物發酵生產1，3-丙ニ醇的方法，包括種子液培養過程和發酵過程，所述發酵過程使用的發酵培養基中含有濃度為O. lg/L O. 4g/L丙酮酸和/或α -酮戊ニ酸，發酵過程依次分為微氧發酵和厭氧發酵，當光密度OD值大于7時由微氧發酵轉變為厭氧發酵(通過濁度法測量發酵罐中菌體濃度，根據所測的OD值與細胞濃度成正比的關系，以OD值判斷發酵罐中菌體濃度)。本專利技術方法中種子液的培養過程如下將菌種保藏液與種子培養基按體積I :100 I :500比例混合于培養反應器內，培養溫度為30°C 40°C，攪拌速度為IOOrpm 400rpm, pH控制在6 8之間，種子培養過程中保持厭氧或微氧條件。本專利技術方法中發酵過程如下以甘油為底物發酵，種子液體積和發酵培養基體積按I :10 I 20比例在生物反應器內混合，培養溫度為30°C 40°C，攪拌速度為200rpm 500rpm, pH控制在6 8之間。本專利技術方法中，微氧發酵時通入流速為O. Ivvm O. 5vvm的空氣；厭氧發酵時通入流速為2 vvm 4vvm的氮氣。本專利技術方法中，發酵初始甘油底物濃度控制在25g/L 45g/L ;發酵過程中，可以通過流加形式補充甘油，使發酵體系中甘油濃度控制在25g/L 45g/L。本專利技術方法中，轉化1，3_丙ニ醇的微生物主要為兼性厭氧菌，如克雷伯桿菌(Klebsiella pneumoniae)、弗氏梓樣桿菌(Citrobacter freundii)等。與現有技術相比，本專利技術ー種促進微生物發酵生產1，3_丙ニ醇的方法具有如下優點I、本專利技術方法中通過在發酵培養基中加入丙酮酸和/或α -酮戊ニ酸，并將發酵過程適宜的分為微氧和厭氧兩階段，提高了甘油的轉化率及最終產品中1，3_丙ニ醇的濃度。2、本專利技術方法可以使用単一的甘油碳源，既可以作為菌體生長底物，又可以作為轉化用底物生產1，3_丙ニ醇，可以減少發酵過程中的副反應，減少副反應物的生成；此外，通過發酵過程中微氧和厭氧的轉換，強化了微生物菌體生長的微氧增殖階段和1，3_丙ニ醇積累的發酵階段，更利于有針對性的提高兩個階段的生物效率。具體實施例方式下面結合實施例進ー步說明本專利技術的效果，但不構成對本專利技術的限制。本專利技術實施例中，以Waters 2695分離系統與Waters 2414示差檢測器構成液相分析系統，其中分離柱選用Aminex HPX-87H有機酸和醇分析柱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種促進微生物發酵生產1，3？丙二醇的方法，包括種子液培養過程和發酵過程，其特征在于：所述發酵過程使用的發酵培養基中含有濃度為0.1g/L～0.4g/L丙酮酸和/或α？酮戊二酸，發酵過程依次分為微氧發酵和厭氧發酵，當OD值大于7時由微氧發酵轉變為厭氧發酵。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張霖，師文靜，李曉姝，王領民，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，
類型：發明
國別省市：