丙酸是一种重要的化工产品,目前主要以化学法生产。随着化石原料的资源匮乏,化学品的生物制造越来越重要,丙酸的发酵法生产技术成为研究新热点。但是,由于以丙酸杆菌发酵生产的丙酸产率低,分离难,成本高,易造成大量环境污染,目前尚未工业化。因此,提高丙酸杆菌发酵液中丙乙酸的产率,并进行提取纯化,采用有效的措施提高收率并降低生产成本是目前急待解决的问题。本课题研究的主要内容是谢氏丙酸杆菌的扩大发酵培养以及丙酸杆菌发酵液中丙乙酸盐的提取纯化。主要研究成果如下:1)建立了一种使用HPLC简单、准确测定发酵液中丙乙酸含量的方法。使用高效液相色谱直接测定丙酸杆菌发酵液中的丙乙酸,样品预处理简单,准确度高,重现性好。2)建立了一种简便快捷的检测谢氏丙酸杆菌发酵液中腺苷钴胺素(维生素B₁₂)的方法。此方法不需要将腺苷钴胺素经剧毒氰化物转化为氰钴胺素,可直接用于发酵液中间控制及提取过程中腺苷钴胺素的含量测定。3)在摇瓶培养的基础上,在2.5 L发酵罐中对谢氏丙酸杆菌进行了扩大培养,在初始葡萄糖为8%的条件下,将扩大培养发酵与发酵瓶发酵进行了对比,主要探讨了两种培养形式对菌株生长和产酸以及产量的影响:与发酵瓶相比,发酵罐终点菌体浓度、丙乙酸含量和维生素B₁₂的产量都略有提高,发酵周期相比缩短,成功实现了与发酵瓶同等水平的放大。同时,还进行了发酵罐分批补料实验,并确定了发酵罐分批补料发酵的最优控制条件:初始葡萄糖4%,发酵36 h、60 h分别补入2%的葡萄糖,最终丙酸产量高达到4.25%,湿重为9.89%,维生素B₁₂产量54.3μg/mL。4)本论文采用蒸馏浓缩提取工艺,从丙酸发酵液中提取丙乙酸盐,回收氨并进行浓缩。蒸馏浓缩过程中,氨回收率达到了90.8%,丙乙酸收率接近100%。5)初步研究了122^#离子交换树脂、柱状活性炭、粉状活性炭和木质不规则颗粒状活性炭的脱色能力和丙乙酸的收率情况,选择了适合丙乙酸发酵液脱色的脱色剂并确定了脱色工艺,本实验选择颗粒状活性炭对发酵液进行脱色。最佳的脱色条件:通CO₂将蒸馏液调节pH值至6.0,然后加热至50℃～60℃后,过不规则颗粒活性炭柱进行脱色,流速控制2 BV/h,上样体积为5 BV。脱色率高达94.6%,丙酸得率为94.0%,乙酸得率为94.1%。6)采用以上确定的整个工艺流程进行丙乙酸钙盐生产的小试,最终得到白色产品,其丙酸钙的含量为73.8%,乙酸钙的含量为24.5%;整个提取过程中丙酸总收率为76.1%,乙酸总收率为75.8%。总之,本实验通过对丙酸杆菌的扩大培养和提取工艺的研究,提高了发酵液中丙乙酸和维生素B₁₂的产率,缩短了发酵周期,初步建立了一条经蒸馏、浓缩、干燥制备丙乙酸钙盐的工艺路线。