微生物发酵制备2,3-丁二醇及其双水相萃取

被引量 : 12次 | 上传用户:mj73182
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
2,3-丁二醇(2,3-Butanediol)是一种重要的化工原料和液体燃料,被广泛应用于化工、食品、医药、燃料及航空航天等多个领域,其生产方法主要为生物转化法。目前生物转化法生产2,3-丁二醇大多用葡萄糖作为碳源,而葡萄糖的价格较高,且存在与人争粮、与粮争地的问题。此外,由于2,3-丁二醇具有较强的亲水性和较高的沸点,且发酵液成分复杂,因而该产品下游分离比较困难。原料成本高、产品分离困难已经成为2,3-丁二醇大规模工业化生产的瓶颈。针对这些问题,本论文研究了生物转化法生产2,3-丁二醇的工艺,并采用新型双水相体系对发酵液中的2,3-丁二醇进行分离萃取,最后考察了利用廉价的非粮原料菊芋作为底物发酵2,3-丁二醇的可行性。首先,以Klebsiella pneumoniae DSM 2026为菌种,通过批式发酵实验,确定了生物转化法生产2,3-丁二醇的最适条件为:初始底物浓度8%,微氧发酵,通气量为0.04vvm,pH值为5.5。在该条件下进行批式流加发酵,可以获得目标产物浓度为42.60 g/L,生产强度为0.76g/(L·h),葡萄糖的质量转化率为23%。在此基础上,考察了微氧条件下K.pneumoniae DSM 2026在连续发酵中的动态行为,结果表明,较大程度地扰动底物浓度并不能诱发长周期振荡现象的产生,但却在底物浓度没有扰动情况下出现了CO2短周期振荡现象,且仅当稀释速率在0.20~0.25 h-1范围内才能出现这种振荡,振荡周期为9.3~15.0 min。其次,以K.pneumoniae CICC 10011为菌种,通过批式发酵实验,确定了生物转化法生产2,3-丁二醇的最适通气量为0.10 vvm,最适pH为5.8。在该条件下进行批式流加发酵,可以获得目标产物浓度为85.61 g/L,生产强度为1.53 g/(L·h),葡萄糖的质量转化率为45%。通过对批式流加发酵过程中两株克雷伯氏菌代谢流量的分析表明,K.pneumoniaeCICC 10011代谢产生的各种有机酸和乙醇浓度均明显低于K.pneumoniae DSM 2026,而目标产物浓度以及产物转化率却相对较高,是发酵2,3-丁二醇的优良菌株。再次,对新型双水相分离体系—异丙醇/硫酸铵体系从发酵液中萃取分离2,3-丁二醇进行了研究。结果表明,目标产物2,3-丁二醇和乙偶姻主要富集在上相中,而葡萄糖主要富集在下相中;当异丙醇和硫酸铵的质量浓度分别是34%和20%时,2,3-丁二醇和乙偶姻的分配系数分别为8.29和8.98,回收率分别达到91%和92%;采用该条件对发酵液直接进行萃取,细胞的去除率在99%以上,可溶性蛋白去除率可达85%。双水相萃取2,3-丁二醇除去了部分水和一些大分子物质,将固液分离和浓缩两步集成化,降低了后续蒸馏时的粘度,极大地简化了分离工艺。而且经过双水相萃取后所得的菌体,可以直接作为下一批发酵的种子继续使用。细胞循环发酵可以减少种子培养步骤,节约发酵时间。最后,探索了利用非粮廉价的菊芋为原料生物转化法生产2,3-丁二醇的可行性。通过摇瓶发酵实验考察了不同底物、不同水解方式以及微量元素对发酵的影响,结果表明,菊芋是良好的发酵生产2,3-丁二醇的底物,采用酸水解或酶水解两种方式制得的糖液发酵效果基本一致,菊芋中含有的微量元素完全能够满足发酵的需要,发酵过程中无需添加微量元素。在此基础上,在5L发酵罐中分别采用分步糖化发酵和同步糖化发酵两种工艺发酵生产2,3-丁二醇,结果表明,同步糖化发酵不但省去了单独糖化步骤,而且还提高了产物浓度和生产效率,采用批式流加发酵方式,发酵40 h,目标产物浓度和生产强度分别达到91.63 g/L和2.29g/(L·h)。与分步糖化发酵相比,发酵时间从56h缩短到40h,产物浓度提高了30%,生产强度提高了83%。实验结果表明以菊芋为原料发酵生产2,3-丁二醇具有一定的产业化前景。
其他文献
本研究以广东省厅、处级领导班子和领导干部为研究对象,在文献研究的基础上,通过运用问卷调查、深度访谈、层次分析(AHP)等研究方法,深入探讨了行政组织领导集体领导效能的内
医疗机构具有知识密集、高风险和高复杂性的特点。如何衡量医务工作者的体力劳动和脑力劳动并调动其工作积极性,如何在成本核算中反映和计量无形的技术劳务价值,并与医院的分
初中历史"学案导学"教学模式和小组合作学习都是新课程改革倡导的教学方式和学习方式。"学案导学"教学模式是指以学案为载体,以导学为方法,教师的指导为主导,学生的自主学习
随着改革开放的不断深入,我国服务业规模持续增长,北京已形成以服务经济为主导的格局,但是与发达国家和世界城市相比仍有较大差距,现行的管理体制机制严重阻碍服务业综合改革
随着化工产业的发展以及高纯度氢气用量的日趋增加,对氢气提纯过程中故障处理的自动化程度要求也日益提高。本论文在对专家系统技术进行深入研究的基础上,研究了氢气提纯切塔
对第30奥运会中国男篮和竞争对手五场比赛抢攻战术运用各项指标进行比较与分析。结果表明:中国男篮的抢攻得分较少;个人能力抢攻的主要进攻手段是中投和突破上篮,3分球和篮下
《集结号》通过电影台词的口语化与生活化以及修辞格的巧妙运用,为观众展现了另类的战争电影,也作为电影成功的一个重要元素,得到了广大观众的认可与赞许。《集结号》值得学
科举制的废除,实际上成为导致以士农工商四大社会群体为基本要素的传统中国社会结构解体的一个重要影响因素。与传统科举由“士”而“大夫”的道路相比,新教育体制培养出的则
荧光成像已经成为现代科学和医学等领域不可或缺的工具。近年来,小分子荧光探针在生物科学中的应用有了显著的增加。小分子荧光探针是研究生物系统的重要多功能材料,可被加载到细胞中用于快速检测生物靶标。此外,通过完善设计策略,可使探针在动力学,激发/发射波长和对特定细胞器的定位等方面得到优化。吸收和发射在近红外(NIR)区域(650-900 nm)的荧光探针具有非常理想的特性,如对样品的光损伤小、组织穿透能
基层群众文化活动指的是用来满足人们的娱乐需求、调剂生活节奏的一种休闲活动,是基层群众接受文化意识熏陶的一项重要途径。如今,随着经济和生活水平的发展,市场经济结构发