重组肺炎克雷伯菌发酵联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇

对表达了高效醛脱氢酶的重组肺炎克雷伯氏菌以甘油为底物生产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的过程进行优化,将发酵过程中补料阶段甘油浓度分别控制为0~10, 10~20, 20~30 g/L,并分3次间歇性补加甘油. 结果表明,发酵过程中补料阶段控制甘油浓度在20~30 g/L,发酵26 h得到47.20 g/L 3-羟基丙酸和43.90 g/L 1,3-丙二醇;而间歇性补加甘油产物得率最高,发酵26 h时3-羟基丙酸和1,3-丙二醇相对甘油的得率分别为0.35和0.38 mol/mol. 3-羟基丙酸和1,3-丙二醇联产可实现辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的再生平衡,从而提高碳回收率.     

1,3-丙二醇分批发酵动力学模型

在分批发酵中，研究了Klebsiella pneumoniae的生长、底物甘油消耗及1,3-丙二醇的产生特性. 基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，得到了描述1,3-丙二醇分批发酵过程的动力学模型及模型参数，该组模型能很好地拟合发酵过程，并在初始甘油浓度变化较大的范围内表现出很好的适用性. 同时，所建立的模型也基本反映了Klebsiella pneumoniae分批发酵过程的动力学特征. 基于分批发酵动力学模型，提出了以甘油为单一碳源时的底物流加策略，通过与其他流加策略条件下的发酵对比实验表明，通过基于动力学模型的流加策略可获得更高的1,3-丙二醇浓度及生产强度.     

葡萄糖作辅助碳源对klebsiella pneumoniae发酵生产1,3-丙二醇的影响

在Klebsiella pneumoniae发酵甘油生产1,3 丙二醇的种子培养及发酵实验中,考察了葡萄糖作辅助碳源对菌体生长及1,3 丙二醇生成的影响. 结果表明,在种子培养期,以葡萄糖和甘油为混合碳源可缩短种子培养周期;在批次发酵和流加发酵中,葡萄糖作辅助碳源可使1,3 丙二醇产率及得率明显提高,但不同的葡萄糖加入方式对产率及得率促进的效果不同. 在初始发酵培养基中添加5 g/L葡萄糖、并在4 40 h进行葡萄糖与甘油混合液连续流加的条件下,1,3 丙二醇浓度、产率及得率较单一甘油为底物的流加发酵结果分别提高41.2 , 38.6 和8.3 .     

Application of a two‐stage temperature control strategy to enhance 1,3‐propanediol productivity by Clostridium butyricum

BACKGROUND: The purpose of the present work was to enhance 1,3‐propanediol productivity during the batch cultivation on a type of raw glycerol by application of a two‐stage temperature control strategy. RESULTS: First, the effect of the raw glycerol on microbial growth and 1,3‐propanediol production was investigated. The highest 1,3‐propanediol productivity, 1.93 g L^?1 h^?1, was achieved when the initial raw glycerol concentration was 6% (v/v). Second, the effect of temperature on microbial growth and 1,3‐propanediol production was investigated and kinetic analysis was carried out. The results indicated that 37 °C favored microbial growth while 35 °C was best for 1,3‐propanediol production. Finally, a two‐stage temperature control strategy was applied in 1,3‐propanediol production. The incubation temperature was kept at 37 °C from inoculation to 2 h and then switched to 35 °C. Compared with batch cultivations at 35 and 37 °C, the fermentation time was shortened from 10 to 9.2 h, resulting in an increase in 1,3‐propanediol productivity of around 11%. CONCLUSION: 1,3‐propanediol productivity was enhanced effectively by application of a two‐stage temperature control strategy. © 2012 Society of Chemical Industry     

生物基1， 3-丙二醇连续发酵过程的稳态分析与反馈控制

生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的自动化控制是其工业化应用亟待解决的关键问题。首先,采用数学函数连续性分析深入研究了克雷伯氏杆菌连续发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的多稳态特性。在不同的初始甘油浓度或稀释速率下,系统均会出现多稳态现象,通过双因素分析确定了多稳态出现的临界区域,该区域内部的稳态是不稳定的。之后,基于反馈控制理论和多稳态分析结果,设计优化了受残余甘油和产物浓度影响的稀释速率控制策略。在连续发酵过程中,调整时间从81.27 h缩短到34.11 h,显著提高了发酵初期阶段甘油的利用率;同时甘油转化率由0.478 mmol·mmol^-1提高至0.563 mmol·mmol^-1,生产强度由85.70 mmol·L^-1·h^-1提高到101.10 mmol·L^-1·h^-1,显著提高了生产性能。     

微生物法生产1,3-丙二醇不同分离工艺的生产成本分析

对以甘油为原料微生物法年产千吨1,3-丙二醇的3种分离工艺流程(醇沉、双水相、电渗析)进行了初步设计,并采用化工流程模拟软件ProⅡ进行了模拟,依据所得之能耗和物料平衡数据计算了不同工艺的原料成本、运行成本和设备成本。结果表明,醇沉、双水相和电渗析三种工艺的总生产成本分别为14793$/t、14201$/t和14345$/t。敏感性分析表明,甘油价格是影响工艺单位成本的最关键因素;提高1,3-丙二醇浓度和转化率,有利于降低生产成本,提高工艺的经济性。     

两段双底物发酵生产1,3–丙二醇

利用Klebsiella pneumoniae生长与催化耦合的特点，将好氧生长与厌氧转化两个过程耦合，开发了两段双底物发酵生产1,3-丙二醇的新工艺，并对其工艺特点进行了初步研究. 结果表明，采用两段双底物发酵工艺，发酵过程菌体浓度明显高于传统的厌氧转化工艺，OD650最大值达到9.37，发酵60 h, 1,3-丙二醇的浓度达到50.16 g/L，生成速率达0.836 g/(L×h)，比传统工艺提高了45%.     

微生物转化甘油生产1,3-丙二醇的研究进展

甘油是油裂解和生物柴油生产过程中的主要副产物,生物柴油市场的蓬勃发展将会造成甘油价格的下降。这些甘油-水混合物不用再次处理就可以直接用于微生物发酵。在众多甘油的利用当中,附加值最高的应该是1,3-丙二醇(PDO),利用甘油在厌氧条件下发酵生产PDO与传统工艺相比产物浓度从70～80g/L提高到了100g/L,而且如果用固定化细胞发酵,产率可以从2g/(L·h)提高到30g/(L·h)。综述了微生物转化甘油为1,3-丙二醇的研究进展。     

蔗糖与葡萄糖作辅助碳源对重组Klebsiella pneumoniae发酵生产 1,3-丙二醇的影响

实验研究了重组Klebsiella pneumoniae批式发酵生产1,3-丙二醇过程中辅助碳源蔗糖与葡萄糖对发酵过程的影响,对发酵工艺进行了放大,并对流加策略进行了优化. 结果表明,葡萄糖为发酵生产1,3-丙二醇的辅助碳源优于蔗糖;以重组Klebsiella pneumoniae为菌种,以葡萄糖为辅助碳源,采用指数流加策略,30 L发酵罐中1,3-丙二醇的产量最高达85.2 g/L,产率达0.63 mol/mol,比单纯以甘油为碳源分别提高37.35%和25.00%.     

有机酸对产丙二醇菌生长和生产的影响

为提高克雷伯氏肺炎杆菌厌氧发酵生产1,3-丙二醇的能力,在发酵过程中添加有机酸(OA),考察其对菌体生长、1,3-丙二醇及其他副产物合成的影响。实验表明:添加OA可促进菌体生长,加入质量浓度为0.2~0.5g/L的OA,菌体生长的菌液在590 nm处吸光度(OD)值比参照值高出30%;加入过量的OA(>1.0 g/L),则菌体生长受到抑制,OD值比参照值低37%;添加OA可促进单位细胞合成1,3-丙二醇,加入质量浓度为0.2~0.5g/L的OA,单位菌体的1,3-丙二醇质量浓度比参照高3.8%~17.5%;添加OA能提高甘油转化为1,3-丙二醇的转化速率,加入0.2~0.5 g/L的OA,甘油转化为1,3-丙二醇的最大转化速率达0.81 h-1。在15 L罐上批式发酵48 h,1,3-丙二醇最终质量浓度达42.9 g/L,甘油转化为1,3-丙二醇的平均转化率达64%。     

发酵液中1,3-丙二醇分离技术研究进展

1,3-丙二醇是一种具有广泛用途的化工中间体,主要用于合成新型聚酯PTT。从发酵液中分离回收产物是生物法生产1,3-丙二醇的技术关键和难点之一,本文对1,3-丙二醇的分离方法及技术研究进展作了概述,较详细地比较了蒸发精馏、溶剂萃取、反应萃取、分子筛吸附、离子交换色谱分离等分离方法的特点和存在的问题。分析当前的研究现状,展望了生物法生产1,3-丙二醇的工业前景。     

Thermodynamic analysis of liquid phase in situ hydrogenation of glycerol for 1,3-propanediol synthesis

Based on the combination of the glycerol aqueous-phase reforming (APR) and catalytic hydrogenation of glycerol, a novel reaction system of liquid phase in situ hydrogenation of glycerol for the synthesis of 1,3-propanediol is proposed, in which hydrogen is produced from glycerol aqueous-phase reforming in the same reactor. In this new system, the glycerol is the raw material of the aqueous-phase reforming reaction; the hydrogen generated from the APR of glycerol can be quickly transformed to the in situ hydrogenation of glycerol to produce 1,3-propanediol, which can improve the selectivity of hydrogen for the APR process of glycerol. Moreover, thermodynamic calculation of the coupling processes was carried out, and standard molar enthalpies and equilibrium constants of foregoing reactions were obtained. The above calculation results indicate that the combination process is feasible for 1,3-propanediol synthesis.     

生物柴油副产物甘油产1,3-丙二醇

在生物柴油的生产过程中会产生10%的副产物甘油,随着对生物柴油的大量需求与规模化生产,导致副产物甘油的产量也大幅增加。为了降低生物柴油的生产成本,充分利用副产物甘油是一个非常有效的途径。目前,国内外以甘油为原料通过化学法生产1,3-丙二醇等技术路线已经比较成熟,但其传统化学法存在高温高压操作、释放有毒有害物质等系列问题,而生物催化法以其高产率及高回收率、绿色环保等优势,受到了越来越多的关注。本文主要介绍以甘油为原料,利用生物发酵途径生产1,3-丙二醇的生产技术。     

A novel kinetic model to describe 1,3-propanediol production fermentation by Clostridium butyricum

Clostridium butyricum is one of the best 1,3-propanediol producers due to the nonpathogenic, less byproducts, and energy-efficient fermentation process. In fermentation process, the relationship among substrate, product, and byproducts is intricate and hard to be analyzed. The present study is aimed at establishing a novel kinetic model not only based on biomass, substrate, and 1,3-propanediol, but also considering the byproduct concentration to describe 1,3-propanediol fermentation process by C. butyricum. The simulative result of the model fit well with that in the batch fermentation process. Furthermore, the model was also used to predict the result of fed-batch fermentation process after some modifications. The predicted result of model fit well with the data in experiment when glycerol was controlled at around 10 g/L. Thus, this novel kinetic model could serve as a tool for further optimization of the fermentation process, and could be improved for some other similar processes.     

物性估算在ASPEN PLUS软件中的应用

利用Aspen Plus软件提供的物性估算功能，计算发酵液中低浓度1,3-丙二醇分离的中间产物2-甲基-1，3-二噁烷（2MD）的物性，从而模拟分离过程，确定工艺条件，得到理想的产物结果。     

若干因素对发酵法生产1,3-丙二醇的调控作用

利用一株新筛选的克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae ZJU 5205)对发酵法生产1,3-丙二醇进行了研究,考察了 pH、溶氧及添加辅助底物葡萄糖对发酵过程的调控作用。实验结果表明,相比于未调控 pH 发酵,恒定 pH 值发酵得到的菌体浓度明显增高,甘油消耗加快,1,3-丙二醇的最终浓度以及甘油到丙二醇的转化率(Y_(P/S))明显提高,分别达16.39g/L和0.51mol/mol;厌氧发酵时的菌体浓度和甘油消耗速率均高于微氧发酵,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率低于微氧发酵;添加葡萄糖为辅助底物能够有效促进菌体生长,但1,3-丙二醇最终浓度和转化率却低于以甘油为单一底物时的发酵结果。     

发酵液中1,3-丙二醇分离提取的研究进展

1,3-丙二醇是合成聚乳酸的主要原料,以甘油为底物的生物法制备1,3-丙二醇是以绿色化学为特征的技术。但1,3-丙二醇极性很强、微生物发酵液成分较复杂,产品收率偏低,质量难符合制备高性能聚对苯二甲酸丙二醇酯的要求,故1,3-丙二醇的分离提纯成为了生物法合成技术的关键。对于1,3-丙二醇发酵液,提纯过程包括发酵液预处理、脱盐和浓缩提纯。本文讨论了用于1,3-丙二醇提纯的主要技术,包括采用离心、过滤、絮凝脱大分子物质,用离子交换、电渗析、双水相萃取或有机溶剂沉淀等方法脱盐类,及通过精馏、萃取、吸附对发酵液浓缩提纯,或是以上某几个分离工艺的组合。提出整个分离工艺仍存在很多问题,对各工艺路线不断进行优化,开发新的经济高效的分离提取工艺路线,是目前实现规模化生物法生产1,3-丙二醇的技术重点。     

微生物发酵法生产1,3-丙二醇研究进展

综述了世界上微生物发酵法生产1,3-丙二醇(PDO)的发酵菌种、发酵工艺、基因工程产物的提取的研究进展,并介绍清华大学化工系在发酵法生产甘油专利技术的基础上,进一步开发了二步发酵由葡萄糖生产PDO的新工艺,并将电渗析脱盐技术引入了PDO的后提取工艺中。通过5000L发酵罐的中试实验表明,发酵液中PDO平均浓度可达62g/L,PDO对甘油摩尔得率0.6,后提取收率80%。     

生物柴油副产物甘油的高附加值利用

生物柴油的生产过程中都会产生副产物甘油,随着生物柴油的规模化发展,副产物甘油的合理利用成为生物柴油产业发展的关键问题之一. 粗甘油的有效再利用有利于降低生物柴油的生产成本和解决环境污染问题. 粗甘油可以通过各种工艺路线转化为1,3-丙二醇、环氧氯丙烷、乳酸、聚羟基脂肪酸酯、氢、二羟基丙酮和1,2-丙二醇等具有市场前景的高附加值产品. 目前技术比较成熟并进入产业化阶段的粗甘油利用工艺路线是生物法生产1,3-丙二醇和化学法生产环氧氯丙烷,其他工艺路线多数还处在实验室研究阶段. 本文以粗甘油综合利用为中心对目前研究进展和产业现状进行了综述.     

微胶囊固定化克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇

引 言 1,3-丙二醇是合成新型聚酯材料--聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)的单体.近几年,利用微生物法生产1,3-丙二醇已成为国内外研究的热点[1-2].