發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇過程及中試研究.pdf

1、本文通過實驗，研究了克雷伯桿菌厭氧連續(xù)發(fā)酵甘油過程中中間代謝產(chǎn)物3-羥基丙醛(3-HPA)的作用機制，考察了兩步發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇工藝路線的可行性，完成了以甘油為原料生物法制備1，3-丙二醇中試試驗。最后依據(jù)中試結果，開展了發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇技術經(jīng)濟可行性分析。 通過對克雷伯桿菌在稀釋速率0.2h<'-1>條件下厭氧連續(xù)發(fā)酵甘油過程中底物濃度不同方式改變后產(chǎn)生的過渡行為的實驗研究，重點考察了代謝中間產(chǎn)物3-HPA對甘

2、油岐化過程中關鍵酶活性、菌體生長以及產(chǎn)物形成的影響。實驗結果表明：發(fā)酵液中3-HPA的比生成速率q<,3-HPA>是一個關鍵參數(shù)，它對甘油脫氫酶(GDH)和1，3丙二醇氧化還原酶(PDOR)活性具有較強的抑制作用，而對甘油脫水酶(GDHt)的活性幾乎沒有影響。實驗結果還揭示了較高的甘油濃度抑制菌體生長是間接通過3-HPA來實現(xiàn)的。本實驗現(xiàn)象和結論與先前文獻報道相比有些明顯差異，并將有助于1，3-丙二醇生產(chǎn)技術的改進。 通過幾種不

3、同原料制備的甘油對克雷伯桿菌厭氧間歇發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的影響的比較實驗，驗證了兩步發(fā)酵法生產(chǎn)工藝路線的可行性。在甘油初始質量濃度相同(70g/L)的條件下，以葡萄糖為原料發(fā)酵得到的甘油轉化為1，3-丙二醇的效果較好，發(fā)酵時間為15h，甘油到1，3-丙二醇的摩爾轉化率為45.1％；皂化甘油生產(chǎn)1，3-丙二醇的發(fā)酵時間為18h，摩爾轉化率為44.2％；而玉米淀粉水解液發(fā)酵的甘油轉化為1，3-丙二醇需要31h，摩爾轉化率僅為26.5％。在

4、間歇發(fā)酵實驗基礎上，又進一步開展了以發(fā)酵甘油粗產(chǎn)品為原料的批式流加發(fā)酵實驗，結果表明：由淀粉經(jīng)兩步發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的工藝路線是可行的。 在實驗室小試研究結果基礎上，利用克雷伯桿菌以純甘油為原料完成了1m<'3>和20m<'3>發(fā)酵罐規(guī)模的批式流加發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇中試試驗。中試試驗結果表明：1m<'3>發(fā)酵罐規(guī)模厭氧與微氧發(fā)酵各批次試驗最終發(fā)酵液中1，3-丙二醇質量濃度均達到了70g/L以上，其中厭氧發(fā)酵1，3-丙二

5、醇平均質量濃度為74.6g/L，最高達到了78.5g/L；平均質量得率為50.6％，最高達到52.3％；發(fā)酵時間小于32h，平均為29.7h；生產(chǎn)效率最高達到2.87g/L.h，平均為2.53g/L.h；微氧發(fā)酵1，3-丙二醇平均質量濃度為72.8g/L；平均質量得率為45.8％；平均發(fā)酵時間為34h；平均生產(chǎn)效率為2.14g/L.h。20m<'3>發(fā)酵罐規(guī)模試驗也得到了較好的結果，最終發(fā)酵液中1，3-丙二醇平均質量濃度達到了63.9g

6、/L，最高達到了68.6g/L；平均質量得率為41.2％；平均發(fā)酵時間為34h；平均生產(chǎn)效率為1.87g/L.h。試驗結果驗證了小試工藝路線的可行性。采用發(fā)酵液醇沉預處理，再精餾的專利技術分離得到了純度在99％以上的1，3-丙二醇產(chǎn)品，分離收率大于85％。委托中國石油遼陽石化研究院完成了聚合實驗，產(chǎn)品質量達到了聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)聚合級要求。在此基礎上，又以發(fā)酵甘油粗產(chǎn)品為原料完成了1m<'3>發(fā)酵罐規(guī)模批式流加發(fā)酵試驗，進一步