發(fā)酵-分離耦合法制備琥珀酸的基礎(chǔ)研究.pdf

1、琥珀酸是一種重要的C4平臺化合物，可用于食品、醫(yī)藥、可降解塑料等行業(yè)。生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)琥珀酸具有環(huán)境友好、利用可再生資源、CO2固定化等優(yōu)點而受到廣泛的關(guān)注。本論文針對琥珀酸放線桿菌CICC11014生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)琥珀酸過程中存在的原料成本高、分離回收困難等問題，擬開展以下的研究工作。
　　首先，考察了三種發(fā)酵培養(yǎng)基和除氧調(diào)控方式，確定了適宜的發(fā)酵培養(yǎng)基組成。研究結(jié)果表明適宜的發(fā)酵培養(yǎng)基（1 L）：glucose20~100 g、酵母粉

2、15 g、NaCl1.0 g、MgCl2·6H2O0.427 g、CaCl20.2 g、NaAc1.36 g、KH2PO43.2 g、K2HPO41.6 g、Na2S·9H2O0.16 g、MgCO320~60 g，初始pH7.0，Na2S過膜加入發(fā)酵培養(yǎng)基，琥珀酸轉(zhuǎn)化率均為0.81 g/g。隨后考察了廉價基質(zhì)碳源（糖蜜）和氮源（玉米漿干粉）對發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸的影響。結(jié)果表明玉米漿干粉可以代替酵母粉，且琥珀酸的轉(zhuǎn)化率提高，但琥珀酸放線桿菌

3、CICC11014不能利用硫酸銨作為氮源，其適宜的氮源為5 g/L酵母粉和10 g/L玉米漿干粉，適宜的糖蜜初始濃度為100~150 g/L。
　　其次，開發(fā)了基于離子液體的糖析萃取和鹽析萃取分離琥珀酸工藝。相圖結(jié)果表明含BF4-和OTF-的咪唑類離子液體既可以與葡萄糖成相，也可以與鹽成相。但是，含Br-的咪唑類離子液體不能與葡萄糖但能與鹽形成雙水相。咪唑類離子液體與葡萄糖的成相能力次序為[Bmim]BF4>[Bmim]OTF>[

4、Emim]BF4，鹽成相能力次序為K2CO3>（NH4）2SO4。考察了5種咪唑類離子液體與糖或鹽組成的萃取體系對琥珀酸分配行為的影響。研究表明，糖析體系適合琥珀酸的萃取，糖析萃取的分配行為不僅依賴離子液體和葡萄糖的濃度，還取決于萃取體系的pH。當(dāng)糖析體系為45%[Bmim]BF4/30%glucose(w/w)，pH為2.0時，琥珀酸的分配系數(shù)和回收率分別為2.53和74.25%，約96%的葡萄糖分配在下相。真實發(fā)酵液糖析萃取，琥珀酸

5、的回收率分別為73.71%，細(xì)胞和蛋白的去除率分別為99.26%、89.79%。加入鹽可以獲得高回收率，雖然ILs/salts體系萃取分離琥珀酸的分配行為與體系 pH無關(guān)，但主要受琥珀酸濃度的影響，最佳的鹽析體系為30%[Hmim]Br/10%(NH4)2SO4(w/w)，琥珀酸的回收率為69.98%，但不適宜高濃度琥珀酸的萃取。
　　最后，探索了離子液體糖析萃取分離琥珀酸與發(fā)酵耦合的可行性。運用20%IL/10%Na2CO3回收