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利用微生物发酵生产1,3-丙二醇（1,3-PD）已经成为近年来生物领域研究的热点之一,但固定化微生物在这一方面的应用很少。为了填补这一空白,选用一种新型的细胞固定化技术——硫酸纤维素钠/聚二甲基二烯丙基氯化铵微胶囊包埋肺炎克雷伯氏杆菌Klebsiella pneumoniae转化甘油生产1,3-PD,旨在发挥微囊化细胞在发酵生产中的优势,提高发酵液中1,3-PD浓度、转化率及生产速率,实现菌体的重复利用和连续化生产,进一步降低微生物法的原料成本及运行成本。 首先,对一株新筛选的K pneumoniae进行游离培养,考察了pH值、溶氧条件、辅助底物葡萄糖等因素对发酵的影响,获取了该菌株的一系列基本发酵参数:pH值恒定在7、微氧条件下发酵14小时甘油基本耗尽,最高菌浓可达3.20e/e,1,3-PD最终浓度为16.35g/L。转化率YP/S为0.50mol/mol,生产速率为1.17g/L/h。辅助底物葡萄糖优先被消耗,并能够将菌浓提高到4.60g/L。 其次,在摇瓶中进行微囊化K.pneumoniae培养,通过比较不同微胶囊制备条件和培养条件下的发酵结果,确定了最优条件:菌液稀释5倍包埋入囊,微胶囊与发酵培养基体积比为1:2,培养基初始甘油浓度在40～60g/L,培养过程调控pH值在7左右。接下来以相同条件下的游离培养作对照,考察了微囊化培养对菌体生长、底物消耗及产物生成的影响。结果如下,该微囊化技术获得的囊内菌浓是游离培养下的2.6倍;甘油消耗时间从游离培养的47小时缩短到微囊化培养的12小时;微囊化培养的1,3-PD最终浓度为12.8g/L,转化率YP/S为0.63mol/mol,游离培养下分别为17g/L和0.57mol/mol;发酵过程中囊内甘油浓度始终处于0.1～0.3g/L,囊内1,3-PD浓度则在发酵即积累至10.6g/L;乙醇是微囊化培养的主要副产物。 第三,选用固定床反应器对微囊化发酵进行放大,发酵方式包括批式、补料半批式及连续培养。固定床批式培养进一步将甘油消耗时间缩短至5小时,初始甘油浓度提高到120g/L时可获得63.1g/L 1,3-PD,转化率YP/S为0.65mol/mol:补料半批式发酵持续67小时,1,3-PD最大浓度为51.86g/L,转化率YP/S为0.39mol/mol,生产速率1.08g/L/h;连续发酵选取三个稀释率,0.33h-1效果最好,稳态时1,3-PD浓度为13.6g/L,转化率为0.43mol/mol,生产速率为4.49g/L/h。