微生物发酵法中试生产1,3-丙二醇
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现代化工 X>D8;= JE8(AC:F L=DMB<;G
第 "* 卷第 " 期 "%%* 年 " 月
微生物发酵法中试生产 ! , "# 丙二醇
" " 刘海军! , , 张代佳! , 徐友海! , , 孙亚琴! , 吕继萍" , 牟
英! , 修志龙!
(! # 大连理工大学生物科学与工程系, 辽宁 大连 !!$%"& ; 吉林 吉林 !’"%"!) " # 中国石油吉林石化分公司研究院,
(— (, 35 丙二醇; - —菌体浓度; 3 —纯甘油
图3
-) %3 罐纯甘油厌氧批式流加发酵结果
(— (, 35 丙二醇; - —粗甘油
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( %3 罐发酵粗甘油厌氧批式流加发酵结果
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图*
-) %3 罐纯甘油厌氧批式流加发酵结果
从发酵结果可以看出, -) %3 发酵罐试验结果要 差于 ( %3 发 酵 罐 的 试 验 结 果。 在 相 同 的 发 酵 时 间 里, - 次发酵结果的平均 数 据 如 下: (, 35 丙 二 醇 质 量 浓度为 :3 4 7 9 0 /, 得 率 为 *7 4 7 = , 生 产 效 率 为 ( 4 86
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结果与讨论
实验室试验结果 实验室试验在 () / 发酵 罐 中 进 行, 分别考察了
发酵粗甘油和纯甘油为原料的发酵试验。以发酵粗 甘油为原料的发酵试验 共 进 行 了 3) 4 ) " , 产 物 (, 35 丙二醇最高质量浓度为 67 4 78 9 0 /, 生产效率 为 - 4 :( ・") ; 以纯甘油为原料的发酵试验共进行了 9( 0 / *) 4 + ", ;< 值达到 (* 4 )) 以上, (, 35 丙二醇最 高 质 量 浓度为 8( 4 *+ 9 0 /, 生产效率为 - 4 )( 9 ( ・") 。 0 / !"! -4-4( 中试结果 ( % 规模发酵罐的发酵试验结果
(— (, 35 丙二醇; - —菌体浓度; 3 —纯甘油
・") 。 9( 0 / 比较 试 验 结 果 发 现, 实验室试验发酵罐 ( () /) 的结果要好于容积为 ( %3 的发酵罐, 而 ( %3 发酵罐 的试验结果则要优于 -) %3 发酵罐。表 面 看 起 来 是
图-
( %3 罐纯甘油厌氧批式流加发酵结果
收稿日期: 修回日期: "%%$ ) %/ ) "$ ; "%%$ ) !" ) !&
基金项目: 国家 “十五” 攻关项目 ( "%%&@6*!’@%$ ) %’) ; 国家 “ /*’” 项目 ( "%%’J@*!$%%%) 作者简介: 刘海军 ( !/$* ) ) , 男, 博士生, 高级工程师; 修志龙 ( !/$2 ) ) , 男, 博 士, 教 授, 博 士 生 导 师, 主 要 研 究 方 向 为 生 物 催 化 与 转 化, 通讯联系 人, %&!! ) 1&*%$’$/ , UEFRAM V DFM< # 8DM # C=。 万方数据
。 但 从 !, ’) 丙 二 醇 生 产 。 我 国 !, ’) 丙 二 醇 的
技术研究的发展 趋 势 看, 已由相对成熟的化学合成 法向微生物 发 酵 法 过 渡
[2 ) /]
产量非常少, 仅有少数几家化学试剂厂生产, 而大宗 工业用 ! , ’) 丙二醇仍需从国外进口。 笔者 所 在 课 题 组 在 实 验 室 试 验 研 究 基 础 上, 以
[! ) &]
甘油为原 料, 利用克雷伯氏菌 ( ; @ 7*<)?2*&%< ) 完成 了发酵法生产 ! , ’) 丙二醇的中试研究。
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材料与方法
试验材料 原始 ; @ 7*<)?2*&%< 菌 株 购 自 德 国 菌 种 和 细 胞
收集中心 ( 7WXY) , 试验用菌株是 其经 过等离 子体诱 变和筛选的优良 菌 株, 种子和发酵培养基制取同文 献 [!%] 所示方法。发酵粗甘油是以淀粉为 原料经 微 生 物 发 酵 后 浓 缩 的 甘 油 溶 液, 甘油质量分数为 纯甘油是质量分数为 /1 0 的皂化甘油。 12 0 ; !;< 分析方法 甘油 浓 度 用 高 碘 酸 氧 化 法 测 定; 菌体浓度是以 蒸馏水为空白样, 用在波长 $2% =( 下 测得 的光密 度 Z7 值表示; !, ’) 丙二醇浓度 用 [J )!&@ 气相 色谱法 检测 (日本岛津 公 司) , 色谱柱 (! 2 (( \ " () 填料
万方数据 以纯甘油为原料, 容积规 模 为 ( %3 发 酵 罐 的 中
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现代化工
第 &, 卷第 & 期 依据中试技 术 指 标, 结合该课题组提出的两步
反应器放大带来的负效应, 即随着发酵装置的增大, 目标产物的浓 度 反 而 下 降。 但 仔 细 分 析 会 发 现, 设 备和操作的差异是不容忽视的影响因素。中试采用 批式流加 底 物 发 酵 的 目 的 在 于 减 少 底 物 的 抑 制 作
作为重要的化 工原料, (!, 可 !, ’) 丙二 醇 ’)37) 用作溶剂、 抗冻剂、 保 护 剂、 精细化工原料以及药物 合成中间体等, 但其最主要的用途是作为单体与对 苯二甲酸合成新型聚酯材料— — —聚对苯二甲酸丙二 。 随 着 全 球 对 344 需 求 量 的 日 益 增 高, 对 酯 ( 344) 其关键原料 ! , ’) 丙 二 醇 的 需 求 量 也 逐 渐 加 大。 据 壳牌 ( WE8FF) 公司 预 计, "%!% 年 全 世 界 344 产 量 可 达 到 !%% 万 < 以 上, 而 !, ’) 丙 二 醇 的 需 求 量 相 应 也 将 达到 ’% 万 < 左 右。目 前 ! , ’) 丙 二 醇 的 工 业 化 生 产 方法为化学合成 法, 国际市场主要由壳牌公司和杜 邦 ( 7M 3>=<) 公司垄断
摘要: 以甘油为原料, 利用克雷伯氏菌进行了发酵罐容积规模分别为 ! (’ 和 "% (’ 的发酵法 ! , ’) 丙 二 醇 生 产 的 中 试 研 究。 试验结果表明: ! (’ 和 "% (’ 的发酵罐最终发酵液中 ! , ’) 丙二醇平均质量浓度分别达到了 *& + $ , - . 和 $’ + / , - ., !, ’) 丙 二 醇 相 对于甘油的得率分别为 $! + " 0 和 &/ + / 0 。采用发酵液醇沉预处理、 再精馏的专利技术可分离得到纯度大于 // 0 的 ! , ’) 丙 二 醇 产品质量达到了聚对苯二甲酸丙二酯 ( 344) 聚 合 反 应 的 要 求。 成 本 分 析 表 明, 生 物 法 生 产 !, 产品, 分离收率大于 12 0 , ’) 丙 二 醇技术是经济可行的。 关键词: 克雷伯氏菌; 甘油; 微生物发酵; 中试 !, ’) 丙二醇; 中图分类号: 45/"’ 文献标识码: 6 文章编号: ( "%%*) %"2’ ) &’"% %" ) %%2$ ) %’
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同样以 中试首先利用 ( % 规模 的 发 酵 罐 进 行, 发酵粗甘油和纯甘油为原料进行了厌氧批式流加发 酵试验, 试验结果如图 ( 、 图 - 所 示。 从 试 验 结 果 可 以看出, 发酵粗甘 油 的 发 酵 结 果 比 纯 甘 油 的 发 酵 结 果要差些。在 33 4 ) " 的 发 酵 时 间 里, 以发酵粗甘油 为原料, 最终发酵液中 ( , 35 丙二醇质量浓度为 :* 4 : 得率为 +* 4 + = , 生产效率为 ( 4 7: 9 ( ・") ; 而以 9 0 /, 0 / 纯甘油为原料发 酵 的 ( , 35 丙 二 醇 质 量 浓 度 为 6* 4 : 得率为 :( 4 - = , 生产效率为 - 4 -: 9 ( ・") 。 9 0 /, 0 /
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刘海军等: 微生物发酵法中试生产 ( , 35 丙二醇
・ +6 ・
为 !"#$%&$#’ ()( 型填料, 柱温 (*+ , , 汽化室与检测 流速 *) %/ 0 %12 , 进 器的温度均为 -+) , , 载气为 .- , 样量为 ( ! 采用外标法测量。 /,
试试验结果基本 上 与 实 验 室 试 验 结 果 持 平, 个别指 标甚至高于实验 室 试 验 结 果, 说明该研究所采用的 工艺路线是可行的, 完全具有进行工程放大的能力。 另外, 以发酵粗甘油为原料的试验结果差于以 纯甘油为原料的 试 验 结 果 的 原 因 可 能 有 3 方 面: 首 先是由于发酵粗 甘 油 中 焦 糖 含 量 较 高, 在发酵控制 过程中, 无法用电磁阀实现自动控制, 只能人为手工 控制, 造成局部抑制现象; 二是发酵粗甘油本身浓度 不高, 质量分 数 仅 为 8+ = 左 右, 因此使得发酵液的 体积增大, 造 成 (, 三是发 35 丙 二 醇 产 品 含 量 较 低; 酵粗甘油原料本身其他杂质存在的影响。 -4-4-) %3 规模发酵罐的发酵试验结果 以纯甘油 为 原 以 ( %3 发酵罐中试试验为基础, 料, 进 行 了 容 积 规 模 为 -) %3 发 酵 罐 的 中 试 发 酵 试 验, 获得了更大规模的试验数据。 - 次 -) %3 规模发 酵罐的厌氧批式流加发酵试验结果分别如图 3 、 图* 所示。
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