[發明專利]一種微生物發酵法生產1;3-丙二醇的方法

有效

• 申請號: 201310496028.4
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN104561134B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 姚新武;張霖;廖莎;王領民;高大成;王崇輝;師文靜;李曉姝
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C12P7/18
• 分類號: C12P7/18;C12R1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種微生物發酵法生產1,3?丙二醇的方法，包括如下內容：菌種經種子活化、種子培養得到種子培養液，種子培養液在發酵培養基中，以甘油為發酵底物，進行厭氧或微氧發酵，發酵期間通過補料方式維持發酵底物濃度，發酵結束后，分離回收1,3?丙二醇產品。該方法可以強化菌體消耗能量、產生還原力的菌體生成途徑，有效的促進菌體生長，并增強菌體細胞膜的通透性，提高菌體對甘油的利用率，在1,3?丙二醇的合成領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于生物工程技術領域，具體地說涉及一種微生物發酵法生產1,3-丙二醇的方法。

背景技術

1,3-丙二醇（1,3-propanediol，1,3-PDO），分子式為HOCH₂-CH₂-CH₂OH，是眾多聚合物的基礎原料，目前為國際上公認的石化新產品之一，可用于化妝品、液體清潔劑、防凍液、服裝、室內裝飾材料、工程聚合物等諸多領域。

1,3-丙二醇的合成方法分為兩大類：化學法和微生物發酵法。其中化學法包括丙烯醛水合加氫法和環氧乙烷羰基化法，丙烯醛水合加氫法的產品成本略高，而環氧乙烷羰基化法的設備投資大、技術難度高，微生物發酵法因其具有條件溫和、原料價廉易得、成本低等特點，是一種具有廣闊發展前景的1,3-丙二醇生產路線。

微生物發酵法是指以甘油或葡萄糖為底物進行發酵生產1,3-丙二醇的生產工藝。從自然界中篩選出來的能以甘油為碳源、利用自身代謝途徑生產1,3-丙二醇的野生型菌株主要集中在腸桿菌科、梭菌屬和乳桿菌屬，目前研究較多的三種菌為克雷伯氏肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）、弗氏檸檬菌（Citrobacter freundii）以及丁酸梭狀芽孢桿菌（Clostridia butyricum）。

甘油在微生物體內有三條代謝途徑。其中之一為消耗能量、產生還原力的菌體生成途徑；另外兩個途徑為氧化途徑和還原途徑。

氧化途徑主要步驟為：（1）甘油在甘油脫氫酶（GDH）催化下，生成二羥丙酮（DHA），同時生成還原性輔酶Ⅰ（NADH₂）。（2）二羥丙酮（DHA）在二羥丙酮激酶（DhaK）作用下，生成磷酸二羥丙酮（DHAP）。此步反應需要消耗能量三磷酸腺苷（ATP）。（3）磷酸二羥丙酮（DHAP）進入糖酵解途徑生成丙酮酸。然后，丙酮酸代謝生成乙酰輔酶A，進入三羧酸循環再生成其他小分子物質。

還原途徑主要步驟為：（1）甘油在甘油脫水酶（GDHt）作用下生成3-羥基丙醛（3-HPA），此甘油脫水酶（GDHt）需要以維生素B₁₂為輔酶。（2）3-羥基丙醛（3-HPA）在1,3-丙二醇氧化還原酶（PDOR）作用下生成1,3-丙二醇。此過程需要消耗還原性輔酶Ⅰ（NADH₂）。

1,3-丙二醇生產菌株代謝甘油后，發酵液中除1,3-丙二醇外，還會有其他代謝副產物，如乙酸、乙醇、2,3-丁二醇、乳酸等，這些副產物不但會對發酵菌體的生長代謝產生影響，還會在后期的產物分離純化過程中帶來諸多問題。因此，減少發酵體系過程中副產物的含量，將有助于提高微生物發酵法生產1,3-丙二醇的產率。