发酵甘油产1,3-丙二醇研究进展

综述微生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的研究进展,内容包括生产菌种、发酵方式、优良生产菌株的选育和培养条件,并展望1,3-丙二醇发酵的前景。     

生物转化法生产1,3-丙二醇的技术进展

综述了生物转化法生产1,3-丙二醇的研究成果,包括发酵菌种、发酵工艺和发酵产物的分离提取工艺等,展望了未来1,3-丙二醇的发展方向。     

甘油合成1,3-丙二醇

以甘油为原料,经过氯代、氧化、克莱门森还原、水解4步反应,最终合成1,3-丙二醇,并用红外光谱仪和质谱仪对目标产物进行结构确定。从反应物摩尔比、反应温度、反应溶剂等优化了反应条件。最优反应条件为:氯代反应:温度120℃;氧化反应:温度23～27℃,n(1,3-二氯-2-丙醇)∶n(重铬酸钠)=1.8∶1,反应溶剂用量:1 mL水溶解1.4 g 1,3-二氯-2-丙醇;克莱门森还原反应:n(1,3-二氯丙酮)∶n(锌)=1∶1.2,水作反应溶剂最佳,在该条件下,1,3-丙二醇总产率可达37.1%。     

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。     

甘油氢解制备1,3-丙二醇催化剂研究进展

甘油具有很高的含氧量(O/C=1),对于多元醇和碳水化合物来说,二级C-O键的选择性裂解是将生物质转化为增值化学品的重要策略,所以氢解还原是甘油化学转化中最重要的反应之一。在由甘油氢解所得产品中,1,3-丙二醇的工业价值较高,但有关甘油氢解制备1,3-丙二醇的研究成果还是较少,并且对反应机理没有统一的结论。本文从催化甘油氢解制备1,3-丙二醇的不同体系的催化剂入手,对不同催化体系催化甘油催化氢解制备1,3-丙二醇催化剂的研究现状、反应机理进行总结及分析,发现存在甘油转化率低,副产物多,1,3-丙二醇产率低等问题,而且催化剂的使用寿命短等问题仍然是工业化道路上的一大难题,但因1,3-丙二醇较高的工业价值,未来甘油氢解反应催化材料的研究方向还是会主要集中在催化制备1,3-丙二醇上。     

克雷伯氏菌微氧发酵生产1,3-丙二醇的研究

对克雷伯氏菌在厌氧和通1.2L/min空气的条件下间歇连续发酵生产1,3-丙二醇进行了研究,在两种条件下1,3-丙二醇的转化率接近.在通空气的条件下细胞能够正常代谢,并获得较高菌体密度,但有氧发酵的生产强度高于厌氧发酵;甘油处于限制状态、稀释率为0.1h-1的连续发酵中,有氧发酵1,3-丙二醇的转化率和生产强度均高于厌氧发酵.     

生物柴油副产物粗甘油在1,3-丙二醇发酵中的应用

通过实验证明,皂化当量低、杂质量小的A-3750的转化率相对较高,表明生物柴油副产物粗甘油应适当处理,降低其酯类(即生物柴油)的含量,同时去掉其中的机械杂质,将更适合于PDO生产.同时通过风量的调整,在0.27 vvm的通风量下,A-3750的甘油质量转化率为39.92%,说明在大生产中应考滤粗甘油的杂质对溶氧的影响,适当提高风量,将可以促进PDO的转化.而这几种粗甘油的价格仅为精制甘油的1/3左右.     

甘油和木糖共发酵生产1,3-丙二醇的研究

以克雷伯氏肺炎杆菌代谢甘油为研究对象,采用木糖作为发酵过程中的辅助底物与甘油共发酵生产1,3-丙二醇,以解决甘油单耗过大的问题,并研究了甘油和木糖共发酵过程中相关代谢物浓度的变化规律。实验表明:克雷伯氏肺炎杆菌可利用D-木糖经过磷酸戊糖途径为菌体代谢提供大量的还原力(NADPH和NADH),促进1,3-丙二醇的合成。与甘油单独发酵相比,以木糖作为辅助底物的微氧批次补料发酵中,1,3-丙二醇的质量浓度、甘油转化率及产量分别提高了10.58%,21.11%和10.98%。共发酵生产1,3-丙二醇在降低甘油到1,3-丙二醇单耗的同时,还可以促进副产物的生成,为克雷伯氏菌发酵多联产工艺提供了可能,从而较全面地降低甘油发酵生产1,3-丙二醇工艺的技术成本,具有一定的研究意义。     

一种由甘油合成1,3-丙二醇的路线研究

以甘油为原料经氯代、环化、加氢反应3步合成了1,3-丙二醇。较优的反应条件为:氯代反应在醋酸(质量分数为6%)为催化剂、温度90℃反应3.5 h;环化反应在n(3-氯-1,2-丙二醇)∶n(氢氧化钠)=1∶1、氢氧化钠的质量分数为40%、温度为0℃反应1.5 h;加氢反应在钴-氧化镁/硅胶作催化剂、n(氢气)∶n(环氧丙醇)=10∶1、环氧丙醇的质量分数为20%、温度为100~150℃反应4 h;1,3丙二醇的总产率可达58.6%。     

甘油化学法制备1,3-丙二醇的研究进展

生物柴油产业的发展造成计量比副产物甘油大量过剩,这使得人们努力寻求扩大其下游应用。本文综述了近年来甘油化学法制备1,3-丙二醇的研究进展,介绍了目前存在的工艺方法,包括气相或液相直接氢解工艺、脱水-水合-加氢三段工艺和缩醛-甲苯磺酸化-水解-加氢脱除磺酸基四段工艺,对各工艺方法的优缺点进行了讨论,并详细地总结了脱水-水合-加氢三段工艺中关键的甘油脱水制备丙烯醛工艺的进展,最后展望了甘油化学法制备1,3-丙二醇的前景。     

不同甘油原料发酵生产1，3-丙二醇的研究

对克雷伯氏菌在厌氧条件下以甘油为原料发酵生产1,3丙-二醇进行了研究,比较了不同甘油对菌体生长和产物生成的影响。结果表明,采用批式流加发酵的方式,以纯甘油作为原料时,发酵液中1,3丙-二醇的质量浓度最高达到72.15g/L,从甘油到1,3丙-二醇的物质的量转化率为63.32%,生产强度达2.67g/(L.h);以粗发酵甘油作为原料时,发酵液中1,3丙-二醇的质量浓度最高为56.72g/L,物质的量转化率53.14%,生产强度2.36g/(L.h);而低纯度皂化甘油对菌体生长有较强的抑制作用。成本分析表明粗发酵甘油更具有工业化应用前景。     

Klebsiella pneumoniae甘油发酵代谢调控研究进展

代谢调控在微生物发酵法生产化工产品过程中扮演着越来越重要的角色。对Klebsiella pneumoniae在甘油转化成1,3-丙二醇过程的代谢机理及代谢控制的相关酶进行了综述,分析了运用代谢调控手段改变甘油歧化途径的方法,并展望了未来的发展趋势。     

甘油发酵制取1，3-丙二醇菌株筛选

为提高克雷伯氏肺炎杆菌转化甘油生产 1,3 丙二醇的能力 ,建立了在两次浓缩和影印技术基础上的紫外诱变筛选方法 ,获得可耐受高浓度 1,3 丙二醇并且副产物中乙醇含量较少的优良突变菌株 5株。     

甘油生物歧化为1,3-丙二醇过程的优化控制

An iterative optimization strategy is proposed and applied to the steady state optimizing control of the bio-dissimilation process of glycerol to 1,3-propanediol in the presence of model-plant mismatch and input con-straints. The scheme is based on the Augmented Integrated System Optimization and Parameter Estimation (AI-SOPE) technique, but a linearization of some performance function in the modified model-based optimization problem of AISOPE is introduced to overcome the difficulty of determining an appropriate penalty parameter.When carrying out the iterative optimization, the penalty coefficient is set to a larger value at the current iteration than at the previous iteration, which can promote the evolution rate of the iterative optimization. Simulation studies illustrate the potential of the approach presented for the optimizing control of the bio-dissimilation process of glyc-erol to 1,3-propanediol. The effects of measurement noise, measured and unmeasured disturbances on the proposed algorithm are also investigated.     

能量驱动对Klebsiella pneumoniae发酵甘油合成1,3-丙二醇的影响

考察了外加能量对Klebsiella pneumoniae合成1,3 丙二醇的影响,结果表明,外加0.6 0.8 g/L三磷酸腺苷 ATP 可以有效促进Klebsiella pneumoniae发酵甘油的还原代谢,1,3 丙二醇产量提高了50 70 ,得率在发酵后期仍能维持在较高水平. 利用休止细胞研究了甘油脱水酶催化失活后能量刺激复活的情况,结果表明外加三磷酸腺苷(ATP)对休止细胞中甘油脱水酶的复活有明显的驱动作用,经多次失活/驱动复活后甘油脱水酶活性可维持不变.     

Biotransformation of glycerol into 1,3‐propanediol

Today, glycerol is mainly a by‐product of fat splitting and biodiesel production. Further growth of the biodiesel market would result in a fall in the price of glycerol. Particularly glycerol‐water from rapeseed oil methyl ester production, for example, would be an interesting raw material if it could be utilised in fermentation without further pretreatment. Under anaerobic conditions, bacteria can transform glycerol into 1,3‐propanediol (PDO), which can be used as a monomer in the chemical industry. PDO can be produced biotechnologically from glycerol with the aid of bacteria. Another way would be the utilization of glucose instead of glycerol, which would provide independence from the fluctuating glycerol market. However, under certain conditions, the classic technique based on glycerol can be quite interesting with regard to technical and economic aspects: A concerted, extensive search for new microorganisms (screening) and improved process design (fed‐batch with pH‐controlled substrate dosage) allowed the product concentrations, which were relatively low at a maximum of 70–80 g/L as a result of product inhibition, to be raised to more than 100 g/L. An additional advantage of the new technique and the newly isolated strains is the utilisation of low‐priced crude glycerol or glycerol‐water. This is a factor which should not be underestimated and has a direct effect on the product costs. Further on, the use of immobilised cells compared to freely suspended cells enables an increase of productivity from about 2 up to 30 g /Lh.     

1，3-丙二醇发酵液的絮凝除菌研究

研究了用絮凝法处理1,3-丙二醇发酵液,选用10种絮凝剂,以FR值为指标,考察了各种絮凝剂的絮凝效果,对初选出的5种絮凝剂进行复合絮凝,选出了适合于1,3-丙二醇发酵液体系的复合絮凝剂。通过单纯型寻优法确定了最佳絮凝工艺条件,絮凝率达98%以上,且絮凝后上清液清澈、透明,过滤效果良好。     

pH值对克雷伯氏肺炎杆菌发酵甘油产1,3-丙二醇的影响与控制

在克雷伯氏肺炎杆菌发酵甘油产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,不同的pH值控制对菌体生长、产物和副产物的生成有着重要的影响.通过对发酵过程中不同pH值控制下的代谢分析,发现pH值较低时菌体生长较慢,有利于副产物2,3-丁二醇的生成;pH值较高时菌体生长较快,有利于副产物乳酸的生成.通过两阶段pH值控制策略,即在发...     

1,3-丙二醇生产技术及成本分析

介绍了三种已用于工业化生产的1,3-丙二醇的合成技术,对投资建设1,3-丙二醇生产装置的前景进行了对比、分析,指出开发1,3-丙二醇生产技术是当务之急。     

3-羟基丙醛加氢制1,3-丙二醇的研究

以Ni／Al2O3为催化剂，在固定床反应器上考察了3-羟基丙醛(3-HPA)加氢制1，3-丙二醇(1，3-PDO)的反应工艺条件，结果表明，当反应温度为70℃、反应压力为5．0MPa、氢气与3-羟基丙醛摩尔比为7．0,3-HPA液时空速(IHSV)为6．0h^-1时，3．HPA转化率100％，1，3-PDO选择性大于99％。