[發明專利]一種生物發酵法轉化甘油生產二羥基丙酮的方法

無效

• 申請號: 201210360914.X
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN103667369A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 許波;賀玉榮
• 申請（專利權）人: 北京貫虹科技集團有限公司
• 主分類號: C12P7/26
• 分類號: C12P7/26;C12R1/645
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種生產二羥基丙酮的新方法，屬于生物技術領域，具體為葡萄牙棒孢酵母(Clavispora?lusitaniae)菌株G10發酵所產生的甘油脫氫酶對甘油進行氧化生產二羥基丙酮的新方法。

技術背景

二羥基丙酮是一種天然存在的酮糖，具有生物可降解性，可食用且對人體和環境無毒害、其化學性質活潑，用途廣泛且使用量大，是一種重要的醫藥中間體、化工原料以及食品添加劑、化妝品仿曬劑的成分，也可作為抗病毒試劑，同時可用于果蔬、水產品、肉制品的防腐保鮮。

二羥基丙酮屬于天然產物，提取難度大，且價格昂貴，難以形成商業規模。人們利用其三碳酮糖的結構特點進行化學合成，但要使用昂貴的催化劑，使得其成本高昂，很難進入商業化生產。日前國外有報道，英國BP石油公司實現了利用甲醛法生產1，3-二羥基丙酮并申報了專利，然而由于甲醛法生產1，3-二羥基丙酮污染大，設備投資大，產業化推廣難度大。國內對于二羥基丙酮的工業化生產雖有使用分批生物發酵法生產，但由于能承載的底物甘油濃度低，發酵物質消耗率高，能源、水資源消耗嚴重，廢物排放量較大等缺點限制了二羥基丙酮的發展。

微生物轉化甘油生產二羥基丙酮的原理就是利用微生物代謝產生的甘油脫氫酶，使甘油分子結構中2位C上的羥基發生反應，生成二羥基丙酮。因此，理論上凡是能夠利用甘油，并具有相應的甘油脫氫酶系的微生物進行二氫基丙酮的生產都具有反應條件溫和、底物利用率高、副產物少、工藝簡單易于控制等優點。自1898年Bertrand發現利用細菌可以將甘油轉化成二羥基丙酮后，各國科研人員對微生物發酵甘油生產二羥基丙酮進行了多方面研究，發現真正具有生物轉化二羥基丙酮工業價值的微生物主要是醋酸桿菌、葡萄糖酸桿菌、酵母和脈孢菌等，其中醋酸桿菌屬的氧化葡萄糖酸桿菌是工業發酵生產二羥基丙酮的重要菌種。發酵工藝有間歇發酵培養法、固定化細胞法、靜息細胞法、流加發酵培養法和多階反應器連續生產法等。

國外早在20世紀70年代就開始研究生物轉化法生產二羥基丙酮，現已在美國、英國、德國和日本實現工業化應用，代表企業為日本大賽璐化學工業公司，年產能為1100噸左右。我國微生物發酵法生產二羥基丙酮的研發晚于國外，主要有浙江工業大學、華東理工大學、天津工業微生物研究所等單位進行了相關的研究開發工作，現有上海百眾化工采用分批發酵法生產二羥基丙酮，但發酵過程中，若底物甘油和產物二羥基丙酮的濃度過高時(累計達到或超過80-120g/L時)，就會產生高滲透壓，從而使得發酵菌體裂解、失活。由于底物甘油濃度受到限制，使得整個工藝的產率降低，水、電、燃氣、原料消耗較大，生產時間較長，從而導致成本增加。

因此，鑒于二羥基丙酮的廣闊市場應用前景和很好的社會效益，解決二氫基丙酮生物發酵法生產中存在的上述問題是目前面臨的一個迫切任務。

發明內容

本發明的目的是提供一種發酵法生產二羥基丙酮的方法，可以克服目前二羥基丙酮生產過程中菌株耐甘油濃度低、分批發酵易使菌體裂解失活以及后續分離提取產品工藝中存在的工序復雜、分離能力小、成本高及產品回收率低等問題。本發明采用高甘油耐性菌株有效提高了菌株的二羥基丙酮的生產能力，采用二階反應器，待發酵液濃度超過界定數值時會自動流出發酵液，從而使得反應可以繼續。

本發明提供的一種生物發酵法轉化甘油生產二羥基丙酮的新工藝，其步驟包括：

1)高效率生產菌株發酵生產二羥基丙酮

將葡萄牙棒孢酵母(Clavispora?lusitaniae)G10種子液接種于滅菌過的發酵培養基中，在發酵過程中通過氫氧化鈉或鹽酸溶液來控制pH值，此發酵過程在第一階反應器中完成，之后將菌懸液混以海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液流放到第二階反應器，甘油經滅菌后流加入第二階反應器中，待甘油濃度在第二階反應器中聚集到一定程度后，反應器下部的壓力感應膜會控制閥門打開流出發酵液；

2)從發酵液中提取二羥基丙酮

采用離心或絮凝法除去發酵液中的菌體，將去除菌體的發酵液按10～100∶1的比例濃縮，濃縮液上層析柱，采用陽離子交換樹脂，石油醚濕法裝柱，以乙酸乙酯-丙酮混合溶劑為流動相，溫度為10～20℃，床層高徑比為15～50，進樣體積比為0.0.1～0.1BV，流速為0.1～0.8BV/h，收集二羥基丙酮洗脫液，真空濃縮，得到二羥基丙酮粗品；將二羥基丙酮粗品溶于乙酸乙酯或丙酮中回流0.5～1h，將反應液冷卻至0℃～-15℃，有晶體析出，經過濾、真空干燥得到二羥基丙酮晶體。

本發明提供的利用微生物發酵法氧化甘油生產二羥基丙酮的方法具有突出的特點：