2,3-丁二醇分离纯化中反应精馏工艺

乙醛-环己烷反应萃取体系能够有效分离发酵液中的2,3-丁二醇。文章重点研究了2,3-丁二醇-乙醛反应萃取液的连续水解精馏工艺,为工业化生产提供理论基础。水解精馏使用阳离子交换树脂HZ732为水解催化剂,以2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环(2,3-丁二醇-乙醛缩醛)水解率为指标,考察了反应段温度、反应段级数、进料速度、进料油水比(2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环和水摩尔比)和回流比的影响。通过实验得到优化水解精馏工艺条件为:反应段平均温度90℃,反应段理论板数为20,进料油水比为0.6,进料速度0.2 h-1。在该条件下2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环水解率为73%,未水解2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环被回收。水解液经精馏得到2,3-丁二醇产品,纯度(质量分数)>96%,总收率≥93%。开发了连续水解精馏工艺,为整个工艺工业化实践提供了参考。     

2,3-丁二醇的絮凝预处理研究

为使生物法制备2,3-丁二醇的后续分离纯化过程顺利进行,研究了絮凝法预处理2,3-丁二醇发酵液。选用10种絮凝剂,以絮凝率和蛋白去除率为指标,分别考察了絮凝剂、质量浓度、pH值、温度和搅拌时间等条件对2,3-丁二醇发酵液的絮凝效果、浓度及后续萃取过程的影响,得出较优絮凝条件:以氯化铁为絮凝剂,质量浓度为23 g/L,pH值5.1,温度为20—50℃,搅拌时间15 m in,静置20 m in。在此工艺条件下,2,3-丁二醇的絮凝率和蛋白去除率均可高达98%以上,为后续的分离纯化过程奠定基础。     

2,3-丁二醇分离纯化中反应精馏的实验和模拟

对反应萃取-水解精馏法分离发酵液中2,3-丁二醇工艺中的水解精馏进行了实验和模拟研究。实验验证了4,5-二甲基-2-丙基-1,3-二氧戊环(DPD)水解精馏得到2,3-丁二醇的可行性。采用Aspen Plus建立反应精馏模型,以UNIFAC为热力学方程,RadFrac为反应精馏模块,对常压下DPD的水解精馏进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。以2,3-丁二醇的收率为主要优化目标,考察最佳塔板数、进料位置、进料比、回流比和塔顶馏出比。模拟结果表明,在最佳操作条件下,塔釜2,3-丁二醇的收率为0.981,摩尔分率为0.150。     

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。     

枯草芽孢杆菌发酵甘草渣产2,3-丁二醇和乙偶姻的初步研究

甘草渣是甘草提取完活性成分后的剩余物，富含木质纤维素。以甘草渣为研究对象，以2种稀碱（Na2CO3水溶液和NaOH水溶液）以及稀碱（Na2CO3水溶液或NaOH水溶液）和醋酸乙醇胺离子液体混合液为溶剂对甘草渣进行预处理，研究不同碱浓度和预处理温度对甘草渣组成及酶解效果的影响。结果表明，质量分数2%的NaOH水溶液在固液比（w/v）1:10（即每克甘草渣加入10毫升溶剂）、100 ℃条件下预处理甘草渣1.5 h，木质素去除率达54.1%、纤维素回收率为77.2%；样品酶解24 h，葡萄糖得率可达53.5%，较预处理前甘草渣（10.6%）提高了4.0倍。最后，对预处理后的甘草渣进行高固酶解，在固液比3:10、酶用量45 FPU/g生物质条件下酶解72 h，葡萄糖产量达到86.2 g/L、木糖18.9 g/L。以此酶解液为碳源进行发酵，96 h后发酵液中2,3-丁二醇和乙偶姻总产量为43.9 g/L，还原糖转化率为0.42 g/g；与对照组相比，酶解液更有利于菌体生长，生产强度提高，但转化率略低。     

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。     

葡萄糖和木糖双底物生物合成2,3-丁二醇的条件优化

针对利用葡萄糖和木糖合成2,3-丁二醇的Klebsiella pneumoniae XJ-Li菌,优化培养基组成与发酵条件,围绕五、六碳糖共代谢的特点,探讨简单可行的代谢调控方法. 结果表明,60 g/L葡萄糖和40 g/L木糖为碳源,5.75 g/L NH4H2PO4为氮源,pH值维持在5.5,培养温度38℃, 2,3-丁二醇浓度可达19.24 g/L. 确定了pH值调控和外源添加维生素C的调控方式,通过调节发酵过程中pH值于5.5左右,使2,3-丁二醇的产量提高了16.4%;添加60 mg/L维生素C调节培养基的氧化还原状态,可使2,3-丁二醇的产量提高44.3%,批式发酵48 h, 2,3-丁二醇终浓度可达33.47 g/L.     

Reactive extraction of 2,3-butanediol from fermentation broth

Biochemical 2,3-butanediol is a renewable material, but the lack of an effective separation process limits its industrial application. We developed an effective separation process to recover 2,3-butanediol from fermentation broth by reactive-extraction with ion-exchange resin HZ732 as catalyst. n-Butylaldehyde was used as both reactant and extractant. Feasible operation conditions were obtained as follows: room temperature, C _cat =200 g·L^?1, three-stage cross-current extraction, with reactant ratio (V _{Butylaldehyde} : V _{fermentation broth} ) 0.05 for each stage. Reactive-extraction can recover over 98% of 2,3-butanediol in the form of 2-propyl-4,5-dimethyl-1,3-dioxolane from fermentation broth. Then 2,3-butanediol was obtained by hydrolyzing 2-propyl-4,5-dimethyl-1,3-dioxolane and purified by vacuum distillation. The total yield rate of 2,3-butanediol through the process was over 94% and purity of final product reached 99%.     

Optimization of fermentation condition for co-production of ethanol and 2,3-butanediol (2,3-BD) from hemicellolosic hydrolysates by Klebsiella oxytoca XF7

Microbial production of ethanol and 2,3-butanediol (2,3-BD) from agro-residues has been attracting interest because of their applications in various industries, including generation of biofuel molecules. In the present investigation, the hemicellulosic fraction of corncob was hydrolyzed by indigenous holocellulase from novel psychrotolerant Aspergillus niger SH3 resulting in high xylose release (34.61?g?L^?1), followed by the bioconversion of xylose to ethanol and 2,3-BD. Taguchi design was adopted to optimize the process which resulted in 5.25- and 3.31-fold increase in 2,3-BD (12.18?±?0.53?g?L^?1) and ethanol (4.08?±?0.03?g?L^?1), as compared with un-optimized condition. For the first time, co-production of ethanol and 2,3-BD from the corncob hemicellulosic hydrolysate was performed using a newly isolated Klebsiella oxytoca XF7 strain, under the optimized fermentation conditions. These results suggest that K. oxytoca XF7 is a promising candidate for co-production of ethanol and 2,3-BD, with high xylose conversion efficiency (96.65%), facilitating the economical production of biofuel molecules.     

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。     

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。     

乙醇/碳酸钾双水相萃取盾叶薯蓣发酵液中的2,3-丁二醇

实验考察了乙醇/碳酸钾双水相萃取盾叶薯蓣发酵液中2,3-丁二醇的分配情况,并对其工艺条件进行了优化。结果表明,当乙醇22%(质量)、碳酸钾26%(质量)时,发酵液中2,3-丁二醇的回收率达到最高值97%,此时,乙偶姻和残余还原糖的回收率为97%和87%,菌体和蛋白的去除率分别为99%和94%,而丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸和琥珀酸的去除率高达100%,这为2,3-丁二醇的工业分离提供了一种新的技术。     

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.     

1，4-丁二醇的生产技术及国内市场分析

介绍了1,4-丁二醇的生产方法及其进展,分析了我国1,4-丁二醇的生产消费现状及发展前景,提出了我国1．4-丁二醇今后的发展建议。     

耗氢产品1,4-丁二醇生产技术及市场前景

介绍了1，4—丁二醇生产技术的进展情况和国内外市场情况，并对6种生产路线的技术、经济性进行了对比。     

Reactive-extraction of 2,3-butanediol from fermentation broth by propionaldehyde: Equilibrium and kinetic study

An effective process was developed to separate 2,3-butanediol (2,3-BD) from fermentation broth (FB) by reactive-extraction. Propionaldehyde (PRA) was used as reactant and reaction product 2-ethyl-4,5-dimethyl-1,3-dioxolane (EDD) acted as extractant. HCl was selected as catalyst. Appropriate conditions were obtained by experiment as follows: 10 °C, C _HCl =0.2mol·L^?1, two-stage cross-current extraction, reactant volume ratio (V _PRA : V _FB ) for first stage and second stage is 0.10 and 0.05, respectively. The yield rate of 2,3-butanediol for the whole process can reach 90% w/w, and 2,3-butanediol in the final product can be more than 99% w/w. The novel process required less solution and especially had advantages in treating dilute fermentation broth. Furthermore, equilibrium and kinetic study were investigated on the reaction of propionaldehyde and 2,3-butanediol to provide basic data for process development. The results reveal that reaction enthalpy and activation energy of the reaction were ?21.84±2.38 KJ·mol^?1 and 51.97±2.84 KJ·mol^?1, respectively. Kinetics was well described by pseudo-homogeneous model.     

2,3-丁二醇液相脱水制备甲乙酮反应研究

研究了2,3-丁二醇液相脱水生成甲乙酮(MEK)的反应,对浓硫酸、对甲苯磺酸、ZSM-5分子筛以及自制固体酸的催化活性进行比较,发现对甲苯磺酸对2,3-丁二醇脱水制备甲乙酮的催化性能较好。以对甲苯磺酸做催化剂,优化实验装置,通过对实验结果进行分析得到最佳的反应条件为:采用反应精馏装置,催化剂用量为2,3-丁二醇质量的3%,塔顶温度控制在70～80℃,反应时间为5.5h,产品收率可达到78.9%。此外,还考察了脱水副反应生成的高沸点缩合物的水解反应,硫酸用量为缩合物质量的1%,反应时间为100min,MEK收率为93.3%。     

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.     

发酵法制备甲乙酮

利用 Klebsiella oxytoca菌发酵葡萄糖制得2,3-丁二醇发酵液,再将经过离心去除菌体的该发酵液进行蒸馏获得商品级甲乙酮,转化率为99％以上,收率95％以上。虽然该方法在产品成本上还无法与石油化工产品竞争,但可作为利用生物法生产燃料及化工原料的一种补充。