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1,3-丙二醇（1,3-Propanediol,简称PDO）是一种重要的化工原料,其主要用途是作为新型聚酯（polytrimethylene terephthalate,简称PTT）、聚醚和聚亚氨酯的单体,另外它也广泛应用于油墨、涂料、抗冻剂、保护剂以及医药等领域。近年来,随着生物柴油产业化进程的加快,甘油作为生物柴油生产工艺的副产物,产量有了大幅度提高,价格迅速下降,为微生物发酵法生产1,3-丙二醇提供了有利的契机。1,3-丙二醇发酵通常需要在完全密闭并充满氮气的环境下进行,这种工艺操作复杂、生产成本偏高。本研究采用一株经过特殊耐氧驯化的Klebsiellapneumoniae ZU-05,在非厌氧条件下探索其发酵产1,3-丙二醇的适宜工艺条件。在摇瓶培养条件下,仅以棉花塞塞瓶口而不采用其它厌氧手段,在非厌氧条件下对游离的Klebsiella pneumoniae ZU-05细胞发酵产1,3-丙二醇的工艺参数进行了基础研究,包括菌龄、氮源的选择、培养温度、初始pH、初始甘油浓度、营养盐和微量元素的选择等。采用优化后的培养基及培养条件:37℃,pH 6.7,接种量10%,初始甘油浓度20g/L,玉米浆6g/L,葡萄糖8g/L,Klebsiella pneumoniaeZU-05在非厌氧条件下的对1,3-丙二醇转化率达到51%,甘油利用率也达到90%以上,若在发酵体系中添加CaCO3来维持发酵液的pH,可以将1,3-丙二醇转化率提高到77.5%,但由于CaCO3对菌体一定的生长抑制作用,相应的将会延长发酵周期。采用优化后的培养基及培养条件,在摇瓶培养条件下,对游离的Klebsiellapneumoniae ZU-05细胞补料分批发酵产1,3-丙二醇的工艺条件和参数进行了研究。采用优化后的补料培养基和补料程序,经过260h发酵,1,3-丙二醇的浓度可达52.13g/L,总的转化率也达到65%以上。对Klebsiella pneumoniae ZU-05在发酵罐中产1,3-丙二醇的关键因子进行了研究。将Klebsiella pneumoniae ZU-05在3.7L发酵罐中进行发酵试验,考察其在发酵罐条件下的最优培养条件,并通过补料分批的方式,提高1,3-丙二醇终浓度。实验结果表明:搅拌速度和通气量是影响Klebsiella pneumoniaeZU-05发酵产1,3-丙二醇的重要因子,在3.7L发酵罐中,该菌的较适发酵条件是搅拌速度300rpm,通气量0.2vvm,经过266h的补料分批发酵,1,3-丙二醇的浓度达到了52g/L,平均转化率为55.6%,取得了较好的发酵结果。采用海藻酸钙凝胶固定Klebsiella pneumoniae ZU-05细胞,仅以棉花塞塞瓶口而不采用其它厌氧手段,对固定化细胞发酵生产1,3-丙二醇进行了初步研究,结果表明:在初始甘油浓度40g/L、玉米浆6g/L、葡萄糖8g/L、初始pH 6.7、发酵液与固定化凝胶珠的体积比为20:3的培养液中37℃非厌氧发酵72h,甘油利用率可达91.4%,1,3-丙二醇转化率为52%,与游离细胞相比,1,3-丙二醇产率提高了39%。固定化细胞的性状稳定,连续重复5批发酵实验,甘油利用率及1,3-丙二醇的平均转化率分别为92.1%和50%。固定化细胞发酵1,3-丙二醇有利于缩短1,3-丙二醇的生产周期,提高1,3-丙二醇产率,为实现1,3-丙二醇的工业化生产奠定了良好的基础。