发酵法生产丙酸的工艺研究

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1、发酵法生产丙酸的工艺研究发酵法生产丙酸的工艺研究丙酸是一种重要的工业产品,目前主要以化学法生产。随着化石原料的资源匮乏,化学品的生物制造越来越重要,丙酸的发酵法生产技术成为研究新热点。谢氏丙酸杆菌(Propionibacteriumshermanii)W125是工业化生产腺苷钴胺素(维生素B_(12))的优秀菌株,该菌株发酵胞内积累腺苷钴胺素的同时胞外积累丙酸和乙酸,由于丙酸产量不足2%,没有提取的经济价值而随废水排放,造成浪费与污染。本课题研究的主要内容就是维持维生素B_(12)发酵产率不变的前提下,提高胞外丙酸

2、的产量,为工业化联产丙酸和维生素B_(12)奠定基础。主要研究成果如下:建立了简便、精确测定丙酸、乙酸和腺苷钴胺素的色谱方法。调查了PropionibacteriumshermaniiW125的代谢特性,确立了标准化三级发酵操作程序。以谢氏丙酸杆菌W125为出发菌株,经紫外诱变、定向筛选分离获得一株生长快、产酸高、维生素B12产量不降低的耐渗突变菌株W321。研究了P.shermaniiW321的批次发酵,结果表明该菌株在葡萄糖6%,玉米浆2.5%(干物质),磷酸二氢钾0.2%,氯化钴10mg/L,接种量为20%,

3、培养温度30℃,pH6.5条件下,发酵周期为66h,丙酸产量2.87%,维生素B_(12)产量42μg/mL。与W125发酵相比,丙酸产量提高36.7%,发酵周期缩短30h。研究了补糖工艺对P.shermaniiW321产酸的影响:初始葡萄糖6%,发酵48h、72h、108h分别补入3%的葡萄糖,最终产酸达到4.5%,糖酸转化率为30%,湿重为7.82%,维生素B_(12)产量44μg/mL,发酵周期168h,与批次发酵工艺比,丙酸终浓度提高56.8%、湿重提高11.6%、维生素B_(12)提高4.7%,发酵周期延

4、长102h。研究了抗渗剂KS对P.shermaniiW321产酸的影响,结果表明KS可以明显加速菌体的生长和产酸速率。结合补糖发酵工艺,在含有0.3%KS的条件下,初糖浓度提高到9%,60h、84h分别补糖3%,发酵周期114h。丙酸产量达5.35%,糖酸转化率为36.1%,湿重为9.9%,维生素B_(12)产量达到51μg/mL,发酵周期114h,与6%初糖的补料发酵工艺比,丙酸终浓度提高了18.9%,糖酸转化率提高20.3%,湿重提高26.6%,发酵周期缩短54h,维生素B_(12)产量提高15.9%。发酵液经

5、过滤后,菌体沉淀用于维生素B_(12)的提取,过滤上清液经脱色处理后可以得到无色透明的液体,为工业法制备丙酸提供了依据。首次报道了减压条件下,P.shermaniiW321的发酵动力学变化,发现,负压(-0.07MPa)发酵细胞生长量和产物合成都降低,从代谢循环途径看,CO_2参与了Wood-Werkman途径中由甲基丙二酰CoA转羧酶催化的转羧反应,减压可能降低了发酵液中CO_2的水平,影响CO_2参与转羧反应,最终使丙酸合成和细胞生长量降低。总之,本实验通过对P.shermaniiW125的诱变和对突变株发酵工

6、艺的研究,使丙酸发酵水平由2%提高到5.35%,提高幅度268%,维生素B_(12)由40μg/mL提高到51μg/mL,提高幅度20.7%。本文的研究工作使发酵法生产丙酸并联产维生素B_(12)技术体系进一步成熟。摘要4-6Abstract6-11第1章绪论11-191.1丙酸的性质和用途111.1.1丙酸的性质111.1.2丙酸的用途111.2丙酸的市场11-131.2.1世界丙酸市场11-121.2.2中国丙酸市场12-131.3丙酸的生产方法13-141.3.1化学合成法13-141.3.2微生物发酵法14

7、1.4丙酸发酵工艺的研究现状14-181.4.1发酵菌种141.4.2发酵机理14-151.4.3发酵工艺15-171.4.4丙酸分离提取工艺171.4.5发酵液中丙酸含量检测17-181.5发酵法生产丙酸面临的问题181.6本课题主要研究的内容18-19第2章发酵液中丙乙酸快速气相色谱检测方法建立19-262.1材料与方法19-212.1.1材料及发酵培养19-202.1.2方法20-212.2结果与讨论21-252.2.1线性关系21-232.2.2测定方法的重复性检验232.2.3测定方法的精密度检验23-2

8、42.2.4发酵液中丙乙酸测定24-252.2.5发酵液中测定方法的重复性检验252.3小结25-26第3章腺苷钴胺素快速液相色谱检测方法建立26-353.1次级代谢产物维生素B_(12)26-303.1.1维生素B_(12)结构及性质26-273.1.2维生素B_(12)的功能及市场273.1.3维生素B_(12)的生产工艺及提取27-283.1.4维生素