丙酮酸钠的生产

整体工艺概述
丙酮酸钠的提取方法
丙酮酸钠常用的提取方法主要有减压蒸馏法， 有机溶剂提取法，离子交换法等。这边以丙 酮酸钠发酵液为对象，通过运用超滤，纳滤 二膜，过膜浓缩手段，结合树脂除杂，醇沉 结晶，形成了完整的发酵法生产丙酮酸钠提 取工艺。 研究手段：1.对材料的选择； 2.对超滤工艺的选择； 3.对纳滤工艺的选择； 4.对离子交换脱色除杂工艺的确定； 5.对醇沉的pH确定等。
研究手段
研究手段：1.对材料的选择； 2.对超滤工艺的选择； 3.对纳滤工艺的选择； 4.对离子交换脱色除杂工艺 的确定； 5.对醇沉的pH确定等。
发酵
丙酮酸钠是丙酮酸系列产品的一种十 分重要的有机化工中间体，它在化工 生产中发挥的作用也可见一斑，目前 市场上供应的丙酮酸（盐）多为化学 合成产品，受生产方式的局限，该产 品的传统生产工艺不可避免的存在生 产率低，成本高，污染大等诸多缺陷。 利用生物工程技术进行丙酮酸的规模 化生产一直成为该行业的发展方向， 也是国内众多科研院所研究的热点。
发酵的类型
根据发酵的特点和微生物对氧的不类物质发酵、石油发酵 及废水发酵等类型。 2，按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发 酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵等。 3，按发酵形式来区分，则有：固态发酵和深层液 体发酵。 4，按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发 酵和流加发酵。 5，按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分 为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。
国内外研究现状、水平
目前市场上供应的丙酮酸（盐）多为化学合成产品， 受生产方式的局限，该产品的传统生产工艺不可避 免的存在生产率低，成本高，污染大等诸多缺陷。 但是随着社会的进步，人们越来越重视自己生活的 这个环境，以及自身的身体健康以后，在不久的将 来化工企业也会转向绿色化生产工艺，丙酮酸钠也 会以发酵的方法生产，丙酮酸钠的化工企业也会转 型。使得人们不在一提到化工企业就说对于人体怎 么怎么毒性，对于环境怎么怎么的破坏性，让人们 重新认识化工。通过转变生产方式，利用生物工程 技术进行丙酮酸的规模化生产一直成为该行业的发 展方向，也是国内众多科研院所研究的热点，具有 代表性之一的是江南大学对丙酮酸钠发酵工艺的研 究
发酵工程的发展概况
发酵法是指经净制或处理后的试剂，在一定的温度和湿度条件下，由于霉菌 和酶的催化分解作用，使药物发泡发芽的炮制方法。而发酵工程由来已久， 20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧基发酵。从那时起， 发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。 20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。由于青霉 素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进 了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。它大大促进了发 酵工业的发展，使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。 1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生 产。氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。科 学家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先 得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量 产生人们所需要的物质。目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和 部分抗生素等的生产中。 20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工 程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。 20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数 学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对 发酵过程的控制更为合理。在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵 过程的全部参数，明显提高了生产效率。它是一级学科“轻工技术与工程” 中的一个重要分支和重点发展的二级学科，在生物技术产业化过程中起着关 键作用。
发酵工程的整体内容
1）“发酵”有“微生物生物学严格定义的发酵”和“工业发 酵”，词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。 2）工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品，其对应 的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。为实现工业化生产， 就必须解决实现这些工艺（发酵工艺）的工业生产环境、设备 和过程控制的工程学的问题，因此，就有了“发酵工程”。 3）发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学 问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵 工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段， 这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵 工程的上游、中游和下游工程。 4）微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物 学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。 5）发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。
发酵的定义
复杂的有机化合物在微生物的作用下分解成比较简单的物质。发面、酿酒等都是发酵的应用。也作酦酵。 汉词-发酵作为名词表示一个过程，作为动词表示一种行动。 (1)微生物生理学严格定义的“发酵”： 有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程统称为生物氧化。 微生物生理学把生物氧化区分为呼吸和发酵，呼吸又可进一步区分为有氧呼吸和无氧呼吸。因此，发酵 是生物氧化的一种方式。 发酵是这样一种生物氧化方式：在没有外源最终电子受体的条件下，化能异养型微生物细胞对能源有机 化合物的氧化与内源的（已经经过该细胞代谢的）有机化合物的还原相耦合，一般并不发生经包含细胞 色素等的电子传递链上的电子传递和电子传递磷酸化，而是通过底物（激酶的底物）水平磷酸化来获得 代谢能ATP；能源有机化合物释放的电子的一级电子载体NAD，以NADH的形式直接将电子交给内源的 有机电子受体而再生成NAD，同时将后者还原成发酵产物（不完全氧化的产物）。 细胞中的NAD是有限的，如果作为一级电子载体的辅酶NAD不能得到再生，就不能被回用，有效的电子 载体就会愈来愈少，脱氢反应就不能持续进行下去了。因此辅酶NAD的再生是生物氧化（包括发酵）继 续进行下去的必要条件。 (2)工业生产上定义的发酵——“工业发酵” 工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业 利用秸秆发酵制成沼气 生产均称为“发酵”。这样定义的发酵就是“工业发酵”。工业发酵要依靠微生物的生命活动，生命活 动依靠生物氧化提供的代谢能来支撑，因此工业发酵应该覆盖微生物生理学中生物氧化的所有方式：有 氧呼吸、无氧呼吸和发酵。 近百年来，随着科学技术的进步，发酵技术发生了划时代的变革，已经从利用自然界中原有的微生物进 行发酵生产的阶段进入到，按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生产人类所需要的发酵产品的 新阶段。 (3) 专业词汇“发酵（fermentation）” “发酵”这个词汇在生活中往往是人联想到发面制作大饼，油条，包子，或者联想到食品酸败物品霉烂。 “发酵”作为专业词汇其含义不但覆盖发面制作大饼、油条、馒头、包子，更重要的是指用发酵的手段 工业化生产酒及酒精饮料、食品及食品添加剂、饲料及饲料添加剂、药品、化工材料等等。
发酵工程的整体内容
1）“发酵”有“微生物生物学严格定义的发酵”和“工业发酵”，词条“发酵工程”中的“发酵” 应该是“工业发酵”。 2）工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。 为实现工业化生产，就必须解决实现这些工艺（发酵工艺）的工业生产环境、设备和过程控制的工 程学的问题，因此，就有了“发酵工程”。 3）发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度 把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三个阶段 都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。 4）微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正 在走近科学。 5）发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。 发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人 类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用 酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉 素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人 为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代 生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有 的菌种并且提高其产量； 已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要 的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工 程的一个多学科工程。现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、 生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。
发酵的特点
发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要 特点如下： 1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要 求条件也比较简单。 2，发酵所用的原料通常以淀粉，蜜糖或其他农副产品为主，只要加入少量的 有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它 所需要的营养。基于这—特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行 生物资源的改造和更新。 3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而 可以得到较为单—的代谢产物。 4，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选 通风发酵池示意图 择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应， 也可以产生比较复杂的高分子化合物。 5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处 理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就 要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。 因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产 的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生 产的产品。 7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。