[發明專利]一種利用細菌發酵生產丙烯酸的方法

無效

• 申請號: 200910084913.5
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101555496A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 袁其朋;李晶
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12P7/40
• 分類號: C12P7/40;C12R1/01
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉 萍

技術領域

本發明設計丙烯酸的工業發酵領域，具體地涉及一種利用埃氏巨球形菌Megasphaera?elsdenii生產丙烯酸的方法。

背景技術

丙烯酸(CH₂＝CHCOOH)，高閃點酸性腐蝕可燃液體，有刺激性氣味，是工業生產中重要的不飽和有機酸，也是重要的有機化工原料。它主要用于制備丙烯酸樹脂及其它有機合成，另外也用于粘合劑、涂料、化纖、皮革、造紙、紡織工業和光敏樹脂板等的生產。尋找一條用可再生資源生產丙烯酸的途徑，成為世界各國國民經濟健康發展過程中亟待解決的問題。

目前，丙烯酸及其酯的工業化生產方法以丙烯氧化法為主，乙炔羰化法和丙烯腈水解法并存的生產方法。微生物法報道較少。

(1)化學法合成丙烯酸

丙烯氧化法：丙烯氧化法分兩種：一步法，丙烯直接與氧反應生成丙烯酸。而兩步法則是先將丙烯先與氧反應生成丙烯醛，丙烯醛再與氧反應生成丙烯酸。工業上絕大多數用丙烯兩步氧化法。第一步反應，反應溫度：320～330℃，催化劑：在MoBiFe催化劑中添加其他助劑如Co、Ni、W、Tl、K、Na等元素，專利報道丙烯醛最高收率達90％，加上同時生成的丙烯酸，收率可達96％。丙烯氧化法是目前生產丙烯酸最經濟的方法，且適合大規模生產。此法的生產能力占世界總生產能力的85％以上。

乙炔羰基化路線(Reppe法)：乙炔在羰基鎳作用下同水或醇反應生成丙烯酸或丙烯酯，由于乙炔與Ni(CO)₄摩爾比是一個定量關系因而稱為化學計量反應。由于化學計量法生成丙烯酸或酯的產率低，并要消耗大量的羰基鎳，因而此法無多大經濟價值。

丙烯腈水解法：反應溫度：80～100℃，用過量的85％H₂SO₄處理，首先水解生成丙烯酰胺，進一步水解生成丙烯酸，也能同過量的醇反應生成酯。60年代實現工業化，最終收率低于丙烯直接氧化法。因此大規模生產難以同丙烯直接氧化法競爭。但此法工藝簡單，條件溫和，且有靈活性，可用于生產丙烯酰胺。因而丙烯腈水解法在小規模生產丙烯酸酯仍具有一定的吸引力。目前許多中小型廠仍采用此法生產丙烯酸酯。

(2)生物合成法

隨著生物技術的發展，利用微生物發酵合成精細化工產品已有報道，而且利用微生物生產丙烯酰胺也已經開始工業化生產。這就為利用可再生資源來生產石油化工產品奠定了基礎。目前，國內外微生物發酵產丙烯酸的報道較少，但在微生物代謝途徑中，不斷有游離態丙烯酸出現的報道。

1983年，Akedo用丁炔酸對催化丙烯酰輔酶A轉變成丙酰輔酶A的酶進行阻斷，細胞中丙烯酸的濃度略有提高，這說明，在丙烯酸代謝途徑中，的確有分支代謝途徑，但還有很多復雜的因素需要進一步研究，另外，阻斷劑的選擇也要進一步研究。另一條途徑，即3-HP(3-羥基丙酸)途徑。近年來，在生物合成丙烯酸領域，不斷有糖無氧代謝轉化為3-HP的報道，3-HP是微生物產丙烯酸的前體，Cargill公司也是基于此開始對3-HP生物合成丙烯酸進行研究，并由此開發出繼聚乳酸后重要的有機中間體3-HP。還有一種途徑即丙氨酸途徑，即β-丙烯酰胺輔酶A也可能是微生物產丙烯酸的前體，但沒有得到證實。1980年，Dalal在培養基中增加α-丙胺酸量，細胞中丙烯酸含量提高到2mM。比較上述丙烯酸代謝途徑，微生物通過3-HP途徑可直接從糖發酵合成丙烯酸，培養基的成分就可以降低且多樣化，糖的理論轉化率為80％。

微生物法生產丙烯酸的方法報道文獻專利極少，國際上有一篇專利US2859240報道間接生產丙烯酸，先利用微生物產乳酸，再由乳酸化學催化生成丙烯酸。缺點是要求高溫，并且丙烯酸產率也不高。另外，間接生產丙烯酸的方法只有一篇中國專利：200610043894，山東寶莫生物化工股份有限公司曾于2006年04月公開了由一種微生物法生產丙烯酸的方法，利用丙酸棒桿菌培養產生腈水合酶；利用腈水合酶作為催化劑，由丙烯腈水合反應生成低濃度丙烯酸銨溶液；低濃度的丙烯酸銨溶液經過降膜蒸發濃縮后再進行酸化脫銨反應制備粗丙烯酸。能耗較低、轉化率高，但還是存在丙烯腈污染和產量低等缺點。

在添加電子受體的情況下，丙酸梭菌(Clostridium?propionicum)發酵丙烯酸的量得到了較大程度的提高。電子受體的加入可以代替丙烯酸還原。本項目通過系統分析微生物在葡萄糖培養基上產丙烯酸的代謝途徑，通過代謝調控的手段，分析細胞代謝通量，添加甲萘醌等電子受體直接發酵生產丙烯酸，降低生產成本，提高丙烯酸產量。