专利名称:微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法
技术领域:
本发明涉及微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,属于生物化工合成领域。
背景技术:
现有的利用微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用微生物发酵生产1,3-丙二醇,使用的菌种有克雷伯氏肺炎杆菌、克雷伯氏产酸杆菌或丁酸梭状芽孢杆菌等中的任一种,这些细菌都具有在厌氧或微耗氧条件下把甘油转化为1,3-丙二醇的能力。不论是哪种菌种,一般发酵的培养基主要是甘油和水,并配以磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、硫酸铵等等的无机盐。现有的利用克雷伯氏杆菌等菌种发酵生产1,3-丙二醇时,还会得到2,3- 丁二醇和一些有机酸,如丁二酸、乳酸、醋酸等。发酵前3飞小时,生物量增加但并无发酵产物生成。随着发酵过程的继续,甘油不断地被消耗,产物不断积累。随着发酵产物的不断积累,副产物丁二酸、乳酸、醋酸等有机酸也会不断积累,因此,发酵液的PH值会发生变化,对发酵过程产生阻碍作用。为了使发酵过程顺利进行,需要控制发酵液的PH值在一定范围,因此,当发酵液的PH值降低时,需不断地加碱中和。通常使用的碱是氢氧化钠。氢氧化钠是液体,与发酵液的混合为液液混合,混合时间长且不均匀,短时间内存在局部偏酸或偏碱的可能。另外,在发酵反应结束后,发酵液中副产的有机酸实际是以丁二酸钠、乳酸钠、醋酸钠的形式存在。发酵液中的1,3-丙二醇可以通过提取得到纯净的产品,在提取过程中可得到2,3-丁二醇和混合有机盐。2,3-丁二醇直接可以利用,可作为商品出售,或用来制备甲乙酮。而有机酸的钠盐的用途少,作为1,3-丙二醇发酵生产的副产品,这些混合有机盐的去向是产业化必须解决的一个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,要求使用该方法的发酵过程中,能够很好地控制发酵过程中因为产酸导致的PH值的降低,且反应得到的副产品的用途广。为解决上述技术问题,本发明提供了一种微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用微生物发酵生产1,3-丙二醇,在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值。为简要说明问题起见,以下对本发明微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法均简称为本方法。 本方法是在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值,液氨进入发酵罐中时己气化变成氨气,氨气混合在压缩空气中,在搅拌的作用下,会迅速地被分布到发酵罐的每个角落,与发酵液充分混合,因此对发酵液的pH值的调节会更快更准,使得发酵反应的pH值的控制好。
使用液氨调节发酵液的pH值,使得发酵的终产物中的副产品均以铵盐形式存在,如丁二酸铵、乳酸铵、醋酸铵等。混合有机酸的铵盐与钠盐相比,有着更广泛的用途。混合有机酸的铵盐可以作为牛羊等反刍动物的饲料添加剂。混合有机盐也可以继续提纯得到有机酸。所述有机酸分别是丁二酸、乳酸、醋酸,其中丁二酸是三羧酸循环的中间产物,它可以直接被生物体利用获得能量。乳酸是生物体在缺氧代谢过程中产生的一种酸,它被美国食品药品管理局(FDA)认定为是绝对安全的食品添加剂,所以作为饲料是安全的。醋酸也是安全的可被吸收的一种有机酸。铵可以作为非蛋白氮源。所以混合有机酸的铵盐做为反刍动物的饲料添加剂,与硫酸铵相比,有更好的效用。综上所述,使用本方法,发酵过程中的pH值的控制好,得到的副产品的用途广泛,能够很好地解决微生物发酵生产1,3-丙二醇得到的混合有机盐的去向问题。本方法中使用的微生物菌种是克雷伯氏肺炎杆菌、克雷伯氏产酸杆菌或丁酸梭状芽孢杆菌中的任一种。本方法包括以下具体步骤
(1)发酵培养基经过消毒后接入菌种在发酵罐内进行发酵,培养基PH值为6.5^8. 5,发酵温度为32 38°C ;
(2)发酵过程中通入O.Γ0. 8VVM的压缩空气,搅拌转速8(T250rpm,并保持发酵罐压力O. ΟΓΟ. 07MPa,发酵3飞小时后流加甘油,流加的速率为5 50g/L*h ;
(3)发酵过程中,当发酵液pH值降至6.5时,通过加入液氨调节发酵液的pH值,使发酵液的pH值维持在6. 5 7. O。作为本方法的优化,所述液氨通过位于发酵罐底部的压缩空气的进气管加入,在输送液氨的管路上设有控制液氨流量的电磁阀。液氨从设在发酵罐底部的压缩空气进气管加入,使液氨和压缩空气混合后均匀地加入,液氨变成气态后随着压缩空气能够与发酵液迅速混合,从而更快更准确地调节发酵液的PH值。液氨加入的量不是一个恒定值。在发酵初期3飞小时,细菌大量繁殖并不产酸,发酵液的PH值无明显变化。此时控制液氨流量的电磁阀不开启。约:Γ5小时后开始产酸,发酵液的PH值下降,当pH降至6. 5时,控制液氨流量的电磁阀开始启闭,启闭频率根据pH值变化而变化。作为本方法的进一步优化,所述发酵罐壁上设有pH变送器,所述pH变送器与控制液氨流量的电磁阀连锁,通过自动控制系统调节发酵液的pH值。pH变送器与控制液氨流量的电磁阀连锁,通过自动控制系统(如DCS或PLC控制系统),可以更准确及时地调节发酵液的PH值当发酵液的pH值变小时,电磁阀启闭频繁,力口大液氨的进料量;当发酵液的PH值接近于中性时,电磁阀启闭频率变小,甚至不开启,从而 达到维持pH值恒定的目的。
具体实施例方式下面通过具体实施例来进一步说明本发明。实施例I微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用克雷伯氏肺炎杆菌发酵生产1,3-丙二醇,在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值。具体包括以下步骤
(1)发酵培养基经过消毒后接入菌种在发酵罐内进行发酵,培养基PH值为6.5,发酵温度为32°C ;
(2)发酵过程中通入O.IVVM的压缩空气,发酵罐搅拌转速80rpm,并保持发酵罐压力O. OlMPa,发酵3小时后流加甘油,流加甘油的速率为5g/L*h ;
(3)发酵过程中,当发酵液pH值降至6.5时,通过加入液氨调节发酵液的pH值,使发酵液的pH值维持在6. 5 7. O之间。液氨通过位于发酵罐底部的压缩空气的进气管加入,在输送液氨的管路上设有控制液氨流量的电磁阀。在发酵罐壁上设有pH变送器,所述pH变送器与控制液氨流量的电磁阀连锁,通过DCS自动控制系统调节发酵液的pH值。实施例2
微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用克雷伯氏产酸杆菌发酵生产1,3-丙二醇,在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值。具体包括以下步骤
(1)发酵培养基经过消毒后接入菌种在发酵罐内进行发酵,培养基PH值为8.5,发酵温度为38°C ;
(2)发酵过程中通入O.8VVM的压缩空气,发酵罐搅拌转速250rpm,并保持发酵罐压力O. 07MPa,发酵5小时后流加甘油,流加甘油的速率为50g/L*h ;
(3)发酵过程中,当发酵液pH值降至6.5时,通过加入液氨调节发酵液的pH值,使发酵液的pH值维持在6. 5 7. O之间。液氨通过位于发酵罐底部的压缩空气的进气管加入,在输送液氨的管路上设有控制液氨流量的电磁阀。在发酵罐壁上设有pH变送器,所述pH变送器与控制液氨流量的电磁阀连锁,通过PLC自动控制系统调节发酵液的pH值。实施例3
微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用克雷伯氏肺炎杆菌发酵生产1,3-丙二醇,在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值。具体包括以下步骤
(1)发酵培养基经过消毒后接入菌种在发酵罐内进行发酵,培养基PH值为7.0,发酵温度为35°C ;
(2)发酵过程中通入O.5VVM的压缩空气,发酵罐搅拌转速160rpm,并保持发酵罐压力 O. 04MPa,发酵4小时后流加甘油,流加甘油的速率为30g/L*h ;
(3)发酵过程中,当发酵液pH值降至6.5时,通过加入液氨调节发酵液的pH值,使发酵液的pH值维持在6. 5 7. O之间。液氨通过位于发酵罐底部的压缩空气的进气管加入,在输送液氨的管路上设有控制液氨流量的电磁阀。在发酵罐壁上设有pH变送器,所述pH变送器与控制液氨流量的电磁阀连锁,通过PLC自动控制系统调节发酵液的pH值。本实施例中,也可以用丁酸梭状芽孢杆菌代替克雷伯氏肺炎杆菌来发酵生产1,3-丙二醇。
权利要求
1.一种微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用微生物发酵生产1,3-丙二醇,其特征在于在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值。
2.根据权利要求I所述的微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,其特征在于使用的微生物菌种是克雷伯氏肺炎杆菌、克雷伯氏产酸杆菌或丁酸梭状芽孢杆菌中的任一种。
3.根据权利要求I或2所述的微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,包括以下具体步骤 (1)发酵培养基经过消毒后接入菌种在发酵罐内进行发酵,培养基pH值为6.5^8. 5,发酵温度为32 38°C ; (2)发酵过程中通入0.ro. 8VVM的压缩空气,搅拌转速8(T250rpm,并保持发酵罐压力0.oro. 07MPa,发酵3飞小时后流加甘油,流加的速率为5 50g/L*h ; (3)发酵过程中,当发酵液pH值降至6.5时,通过加入液氨调节发酵液的pH值,使发酵液的pH值维持在6. 5 7. O。
4.根据权利要求3所述的微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,其特征在于所述液氨通过位于发酵罐底部的压缩空气的进气管加入,在输送液氨的管路上设有控制液氨流量的电磁阀。
5.根据权利要求4所述的微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,其特征在于所述发酵罐壁上设有PH变送器,所述pH变送器与控制液氨流量的电磁阀连锁,通过自动控制系统调节发酵液的PH值。
全文摘要
一种微生物发酵生产1,3-丙二醇的方法,是以甘油为原料、利用微生物发酵生产1,3-丙二醇,使用的微生物菌种是克雷伯氏肺炎杆菌、克雷伯氏产酸杆菌或丁酸梭状芽孢杆菌中的任一种,在发酵过程中使用液氨调节发酵液的pH值。使用该方法的发酵过程中,pH值的控制好,且反应得到的副产品的用途广。
文档编号C12P7/18GK102634543SQ20121013531
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者杭玉玲 申请人:杭玉玲