[發明專利]1,3-丙二醇的生物膜固定化發酵法

無效

• 申請號: 201010285458.8
• 申請日: 2010-09-19
• 公開（公告）號: CN101942484A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 楊博;曹禺;呂黎兵;王永華;王小寧
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C12P7/18
• 分類號: C12P7/18;C12R1/22
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種1,3-丙二醇的生物膜發酵法，具體涉及1,3-丙二醇的生物膜固定化發酵法。?

背景技術

1,?3-丙二醇是一種重要的化工原料，與乙二醇、1,?2-丙二醇和1,?4-丁二醇有著相似的性質和用途，但又有許多其他二醇所不具備的優點。1,?3-丙二醇可作為單體通過縮聚反應生產聚酯、聚醚和聚胺酯；PDO還可以用做良好的溶劑、抗凍劑、保護劑；還可用作增塑劑、洗滌劑、防腐劑、乳化劑的合成，也可作為產品中的組分如化妝品、打印機墨水、清潔劑、穩定劑和燃料電池燃料等的添加劑來提高產品的性能。可作為二醇中間體用于合成雜環、藥物；1,?3-丙二醇還可以替代1,?4-丁二醇和新戊二醇等中間體用于生產多醇聚酯以及作為碳鏈延伸劑。1,?3-丙二醇最重要的應用是可作為合成聚酯聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)的重要單體，具有很大的市場潛力。?

1,3-丙二醇可以采用化學合成方法獲得，也可以通過微生物發酵法獲得。化學合成法是以石油產品為原料，工藝要求嚴格、操作條件苛刻、設備投資大、副產物多、產品提取難度大、三廢處理成本高。微生物發酵法生產PDO以可再生資源為原料，而且，其生產成本已具備和化學法競爭的能力，符合未來發展趨勢，因此，微生物發酵法生產1,3-丙二醇引起了世界各國的重視。微生物發酵法可以利用葡萄糖為原料，也可以利用甘油為原料。由于近年來生產柴油的發展，甘油成為一種過剩資源，因此，基于甘油的1,3-丙二醇發酵具有更多優勢。?

與游離細胞發酵相比，固定化細胞發酵具有一系列優點：1）可以獲得更高的細胞濃度；2）更高的生產強度；3）更好的遺傳穩定性；4）發酵液中菌體含量少，有利與產品的分離純化；5）在高稀釋率時，不會產生洗脫現象。對于1,3-丙二醇發酵，需要變速流加甘油來獲得更高的產物濃度，由于甘油的在線檢測難度大，甘油的流加速度很難控制，而固定化發酵是一種穩態化的發酵過程，甘油的流加基本可以做到勻速流加，使得生產控制更為方便。?

傳統的細胞固定化方法一般是采用凝膠包埋的方式，這種固定化方法由于存在很大的傳質阻力，無法獲得高的產物濃度而不具有工業化應用潛力，另外，凝膠包埋固定化細胞制備過程容易受到污染，成為另外一個限制其產業化應用的瓶頸。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供1,3-丙二醇的生物膜固定化發酵法。該方法采用以下反應器系統：發酵罐外連通有至少一個填充有纖維載體的生物膜反應器，且生物膜固定化反應器體積為發酵罐體積的5~30%，發酵方法包括以下步驟：?

1）????發酵罐內裝入培養基，同生物膜反應器一起滅菌；

2）????培養基冷卻至接種溫度，接入菌種Klebsiella?pneumoniae；

3）????通過泵輸送使得發酵液不斷通過生物膜反應器并返回至發酵罐；

4）????不斷從反應系統中收獲發酵液并補充新鮮物料。

固定化細胞發酵是一種常見的發酵方式，通常固定化是采用包埋法或吸附法，這些方法都有一些局限。Klebsiella?pneumoniae具有較強的粘附性生長趨勢，進而形成一種膜狀結構。生物膜的概念在醫學、環保等領域已廣泛應用，細菌生物膜是細菌為了適應生存環境黏附于非生物或活性組織表面，并包被于自身產生的黏液性不均一聚合基質中，形成一種與浮游細菌不同生長方式的細菌群，由細菌和自身分泌的胞外基質組成，相對與懸浮生長的細胞，生物膜中的微生物具有更好的耐受性，但是，在發酵工業中，尚未出現生物膜的應用。本課題組通過進一步研究發現，由Klebsiella?pneumoniae形成的菌膜具有生物膜的一些特點，如具有更好的耐受性，相對于游離細胞，形成膜的Klebsiella?pneumoniae可以獲得更高的1,3-丙二醇發酵濃度。?

與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：?