生物催化轉(zhuǎn)化粗甘油產(chǎn)1,3-丙二醇的研究.pdf

1、1，3-丙二醇(1，3-PD)是一種重要的化工原料，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-PD以利用可再生資源等優(yōu)點日益受到重視。大部分研究以純甘油為底物，成本高，如果以粗甘油為底物，可大大降低生產(chǎn)成本。
　　本論文的研究目的是以粗甘油為底物，以Clostridiumbutyricum（丁酸梭狀芽孢桿菌）為生產(chǎn)菌株，通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)1，3-PD，在粗甘油預(yù)處理、提高菌體濃度、提高單位菌體生產(chǎn)能力、延長發(fā)酵周期和建立動力學(xué)模型這幾個

2、方面進(jìn)行了研究，主要結(jié)果如下:
　　(1)分批發(fā)酵結(jié)果表明粗甘油對發(fā)酵有明顯的抑制作用。用粉狀活性炭對粗甘油進(jìn)行吸附預(yù)處理可顯著降低抑制作用。通過均勻設(shè)計對預(yù)處理條件進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后活性炭用量明顯降低，而預(yù)處理粗甘油的發(fā)酵與純甘油的發(fā)酵基本沒有差別。紅外光譜分析表明抑制性雜質(zhì)很可能是苯環(huán)類化合物。
　　(2)通過分批發(fā)酵考察酵母粉、谷氨酸、脯氨酸和Mn2+對菌體生長的影響。提高酵母粉濃度能顯著促進(jìn)菌體生長。作為滲透壓保護劑，

3、雖然能提高菌體的耐滲透壓能力，但谷氨酸不利于菌體的生長，而脯氨酸對菌體生長的促進(jìn)作用較低。Mn2+對菌體生長沒有促進(jìn)作用。
　　(3)試圖通過提高補料分批發(fā)酵的菌體濃度來提高1，3-PD的產(chǎn)量。增加酵母粉的供給能顯著促進(jìn)菌體生長，明顯提高1，3-PD的產(chǎn)量，但如果菌體過度過快生長，即使菌體濃度很高，1，3-PD的產(chǎn)量卻得不到提高。分析發(fā)現(xiàn)菌體過度過快生長使ATP代謝偏向菌體生長，用于菌體維持能的ATP量減少，導(dǎo)致單位菌體生產(chǎn)能力下

4、降。初始甘油濃度對補料分批發(fā)酵有重要的影響，過高或過低的初始甘油濃度或不利于菌體生長或不利于1，3-PD合成。提高種子液的菌體濃度能加速菌體生長，但使ATP代謝偏向菌體生長，不利于1，3-PD合成。以上結(jié)果表明，菌體的ATP代謝會影響單位菌體合成1，3-PD的能力，而菌體的生長速率會影響ATP代謝。
　　(4)分批發(fā)酵結(jié)果表明，降低培養(yǎng)溫度能降低菌體生長速率，使ATP代謝偏向菌體維持。在補料分批發(fā)酵中通過降低培養(yǎng)溫度，1，3-PD

5、的濃度由49.3gL-1(37℃)提高至54.5gL-1(33℃)。降低接種量雖然能降低菌體生長速率，使ATP代謝偏向菌體維持，但最終菌體濃度降低，1，3-PD濃度沒有得到有效提高。在不影響單位菌體生產(chǎn)能力的前提下，采用兩階段溫度控制策略，1，3-PD濃度進(jìn)一步提高至59.4gL-1。試圖通過降低磷酸鹽和(NH4)2SO4的濃度來降低菌體生長速率，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌體生長速率不受影響。
　　(5)試圖通過調(diào)控pH和增加(NH4)2SO4

6、的供給來延長發(fā)酵周期，但由于pH為7.5時不利于菌體的生長與生存，兩階段pH控制策略不能有效延長發(fā)酵周期，1，3-PD的濃度只稍稍提高至61.1gL-1，而增加(NH4)2SO4的供給對發(fā)酵基本沒有影響。
　　(6)對分批發(fā)酵過程建立了動力學(xué)模型，并考察了初始甘油濃度、酵母粉濃度、培養(yǎng)溫度和pH對發(fā)酵動力學(xué)行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)條件對發(fā)酵動力學(xué)行為影響較大，有趣的是，提高酵母粉濃度使菌體最大比生長速率降低，但能使產(chǎn)物對菌體生長的