2,3-丁二醇分离提取工艺研究进展

2,3-丁二醇应用广泛,是一种潜在的平台化合物,可以用于替代传统平台化合物——四碳烃。基于能源安全及绿色环保的需求,生物炼制制备2,3-丁二醇受到人们的青睐。与化学法相比,生物炼制制备2,3-丁二醇具有明显的优势。然而,2,3-丁二醇的高沸点及强极性的特点使它难以从发酵液中分离。这成为了生物炼制2,3-丁二醇工艺工业化的瓶颈。因此,开发高效价廉的2,3-丁二醇分离工艺成为研究的重点。本文综述了从发酵液中分离2,3-丁二醇工艺的研究进展。2,3-丁二醇的分离主要包括固液分离、发酵液深处理及2,3-丁二醇精制3个方面,涉及的分离技术包括离心、絮凝、膜过滤、离子交换、电渗析、萃取、精馏等以及相关技术的优化和耦合。提出今后的研究重点在于现有分离工艺的高效整合及新型分离工艺的有效突破。     

2,3-丁二醇的发酵生产

能源危机和环境污染使得化工行业的发展举步维艰,亟待开发新的发展模式,以可再生能源为原料的生物炼制技术成为可行的途径之一。2,3-丁二醇的发酵生产是现代生物炼制的重要课题之一。2,3-丁二醇作为一种大宗的化学产品具有广泛的应用价值,尤其在化工、食品、燃料、医药等领域。本文简要描述了2,3-丁二醇在微生物体内的代谢途径,着重讨论了2,3-丁二醇的发酵生产,对发酵的菌种种类、菌种诱变和定向改造、各种发酵影响因素（包括底物、pH值、溶氧、温度以及发酵方式）进行了详细的归纳总结,同时展望了2,3-丁二醇发酵生产的研究发展方向。     

发酵法生产2,3—丁二醇

应用Klebsiella oxytoca发酵生产2,3-丁二醇,以葡萄糖为底物,在5L发酵罐、37℃、pH为6.0、底物浓度为160g/L的条件下发酵,产物浓度在100g/L,底物转化率达90％以上,与酒精行业发酵水平类似。     

Klebsiella pneumoniae发酵菊芋生产2,3-丁二醇的初步研究

对Klebsiella pneumoniae发酵菊芋块茎生产2,3-丁二醇进行了初步研究,通过摇瓶实验考察了不同碳源及培养基中微量元素对发酵的影响. 结果表明,菊芋是良好的发酵2,3-丁二醇的底物,以其为底物时产物浓度和生产强度比葡萄糖发酵提高了42%以上,培养基中不添加微量元素对菊芋发酵基本没有影响,因而可简化培养基成分以降低生产成本. 在发酵罐批式流加实验中,发酵56 h菊芋发酵的产物浓度和生产强度分别为81.47 g/L和1.45 g/(L×h),与葡萄糖发酵结果相当.     

生物转化法生产2,3-丁二醇的研究

介绍国内外关于生物转化法生产2,3-丁二醇的研究情况,其中包括转化过程中菌种的选择及其改造、发酵底物的选择、发酵条件及产量、产物的分离提纯方法等。并对该生物转化过程提出一些新的改进方法,以期降低生产成本,解决日益严重的能源危机和环境污染等问题。     

生物基2,3-丁二醇选择性脱氢制备3-羟基丁酮反应工艺研究

采用自主知识产权并已工业化的铜基脱氢催化剂研究了2,3-丁二醇（BDO）选择性脱氢生产3-羟基丁酮（3H2B）反应工艺,分别考察了温度、空速、氢醇摩尔比等条件对反应的影响。结果表明,在临氢工况下,反应压力为常压～0.2 MPa、温度为250～270℃、氢醇摩尔比为3∶1、LHSV在2.0～9.0 h^-1时,2,3-丁二醇转化率≥56%,3H2B选择性≥97%;在非临氢工况下,反应压力为常压～0.2 MPa、温度为250～270℃、LHSV在2.0～5.0 h^-1时,BDO转化率≥60%,3H2B选择性≥96.0%。催化剂经1 600 h稳定性实验后,催化性能保持稳定,BDO转化率≥65%,3H2B选择性≥96%。     

两株Klebsiella pneumoniae菌发酵生产2,3-丁二醇的比较

对两株克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)批式流加发酵生产2,3-丁二醇进行了研究,结果表明,K. pneumoniae CICC 10011代谢产生的各种有机酸和乙醇浓度均明显低于K. pneumoniae DSM 2026,发酵56 h,目标产物(2,3-丁二醇+乙偶姻)浓度为85.61 g/L,生产强度为1.53 g/(L×h),葡萄糖质量转化率为45%. 对2株克雷伯氏菌发酵的代谢流量分析表明,K. pneumoniae CICC 10011是生产2,3-丁二醇的优良菌株.     

微生物发酵法生产2,3-丁二醇的研究进展

从发酵菌株、发酵底物、发酵工艺以及分离提取方法等方面概述了微生物发酵法生产2,3-丁二醇的研究进展,并讨论了2,3-丁二醇发酵过程中存在的问题,同时指出,选育理想菌株并进一步对2,3-丁二醇的生化代谢途径中不同酶的动力学行为展开针对性的研究、应用数学工具优化发酵工艺并在此基础上对2,3-丁二醇的系列衍生物进行开发应用是今后研究的重点。     

2,3-丁二醇发酵液的双水相萃取

研究了从发酵液中双水相萃取2,3-丁二醇的工艺条件,以目标产物的分配系数和回收率为指标,分别考察了不同双水相萃取体系以及相组成对2,3-丁二醇分配的影响,确定了适合于2,3-丁二醇发酵液萃取的最佳相组成. 结果表明,适合2,3-丁二醇双水相萃取的体系为乙醇/硫酸铵体系,对于絮凝后的发酵液,采用硫酸铵浓度为20%(w)、乙醇浓度为27%(w)的双水相体系,发酵液中2,3-丁二醇的分配系数和回收率最高,分别达到了7.4和90.18%. 该工艺操作简单,能够有效地分离发酵液中的2,3-丁二醇.     

微生物合成2,3-丁二醇的代谢工程

2,3-丁二醇（2,3-BD）是一种重要的微生物代谢产物,广泛应用于食品、医药、化工等多个领域。微生物合成2,3-BD的效率不高一直制约着其生物制造工业化进程,应用代谢工程的理论和方法优化微生物的代谢途径有望解决这一问题。本文全面总结了近年来微生物合成2,3-BD研究过程中的菌株改造和构建技术,包括过表达合成途径中的关键酶编码基因、敲除旁路代谢途径关键酶编码基因、应用辅因子工程手段对天然菌株代谢网络进行重新设计和合理改造,以及利用合成生物学技术在模式菌株中构建全新的代谢途径,实现2,3-BD的高效生物合成。最后,本文对未来的研究方向进行了展望,提出了进一步利用先进的合成生物学方法构建高效细胞工厂的指导性建议。     

盐析萃取菊芋发酵液中的2,3-丁二醇(英文)

The removal of solid impurities and separation of target products from a fermentation broth is becoming more tedious with the utilization of lignocelluloses as source of substrate.2,3-Butanediol,an important chemical used widely is also a main product of sugar-based fermentation carried out by Klebsiella pneumoniae.In this study,we investigated the use of salting-out extraction(SOE) that employed a K2HPO4/ethanol system consisting of 21% ethanol and 17% K2HPO4(mass fraction) to separate 2,3-butanediol from the viscous Jerusalem artichoke-based fermentation broth.After SOE,about 98% of solid matters was removed,and the viscosity decreased from 72.5 mPa s in the original fermentation broth to 4.4 mPa s in the top phase.The partition coefficient and yield of 2,3-butanediol reached 13.4 and 99%,respectively,and 89% of soluble proteins was removed from the broth.The results showed that SOE is an efficient way for isolating 2,3-BD from a highly viscous fermentation broth by removing much of the solid matters within the broth.     

利用肺炎克雷伯氏菌以葡萄糖和磷酸铵盐为底物生产2,3-丁二醇

1 INTRODUCTION Interest in microbial production of 2,3-butanediol has been increasing recently due to the extensive indus-trial application of this product. This colorless and odorless liquid with a high boiling point and a low freezing point is a potential valuable fuel additive. Its heating value is 27.198kJ·g-1, which is quite near the value of ethanol (29.055kJ·g-1). Besides, condensation of diol to methyl ethyl ketone (MEK) coupled with subsequent hydrogenation yields octane isom…     

盾叶薯蓣糖化液发酵生产2,3-丁二醇

利用克雷伯氏杆菌以盾叶薯蓣糖化液为底物发酵生产2,3-丁二醇(2,3-BD),考察了2,3-BD浓度、生产强度、有机酸生成及代谢流量分布情况. 结果表明,盾叶薯蓣中的有机酸成分能促进三羧酸循环途径和乙酸途径的代谢流,减弱琥珀酸途径的代谢流,从而提高2,3-BD的浓度. 以盾叶薯蓣糖化液为底物,采用批式流加方式,补加固体葡萄糖,发酵56 h,发酵液中2,3-BD最终浓度达到80.20 g/L,乙偶姻与2,3-BD浓度之和最终达到86.19 g/L,生产强度达到1.54 g/(L×h),比单独以葡萄糖为底物时分别提高了8.50%, 7.38%和7.69%.     

2,3-丁二醇发酵过程中葡萄糖碳流分配数学模型

产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca在利用葡萄糖产2,3-丁二醇过程中,底物葡萄糖主要有7种去处:转化为生物量;通过TCA循环支路产生CO2和H2O;通过各发酵支路分别产生2,3-丁二醇、乙醇、乙偶姻、乙酸以及乳酸等代谢产物.在拟稳态假设的基础上分别利用ATP及辅酶平衡建立了该过程中葡萄糖碳流在这7条支路之间分配的数学模型,着重分析了氧气供给量对发酵过程影响的相关机制;并应用实验数据回归了模型参数,将模型预测值与实验值进行了比较.结果表明,模型预测值与实验值较吻合,该模型能较好地反映Klebsiella oxytoca发酵产2,3-丁二醇过程中葡萄糖碳流的分配规律,对利用溶氧合理控制代谢流分布具有一定的指导意义.