土曲霉发酵生产衣康酸的工艺.研究

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1、第一章绪论1．1衣康酸简介1．1．1发酵法生产衣康酸发展历史衣康酸(1taconicacid)又称为甲叉丁二酸、亚甲基琥珀酸，早在1836年由Baup蒸馏分解柠檬酸得到。这是最早的通过化学法制备衣康酸。而通过微生物生产衣康酸是在1929年，由日本学者木下广野在一种嗜高渗透压的霉菌培养物中发现的，并称为衣康酸曲霉(Asp．itaconicus)，这也是最早被发现能利用糖类生产衣康酸的微生物【u。此后，Kinoshita分别于1929年、1931年、1932年报道了有关衣康酸发酵的研究情况【21，1939年，Calam，C．T，等人发现土曲霉(Asp．terreus)也具有利用糖类生产衣康

2、酸的能力，并系统地研究了以葡萄糖为原料，土曲霉发酵生产衣康酸的过程131。到了20世纪40年代，随着化学工业的发展，衣康酸的用途引起了人们的关注．1945年，Lockwood等人分离获得了一支适合于表面培养生产衣康酸的土曲霉菌株256(Asp．terreus256)，随后，又分离获得了一支既适合表面培养又适合深层培养生产衣康酸的土曲霉菌种NRRLl960(Asp．terreusNRRLl960)，衣康酸对糖的转化率达到耗糖的47．3％I铀J。由于深层发酵更具有竞争力，后来人们将研究重点着眼于衣康酸深层发酵工艺。Pfizer在1948年报道了以蔗糖为原料的衣康酸深层发酵，发酵两周，衣康酸

3、转化率为耗糖的27．7％1ri；1952年，Nelson详细地研究报道了土曲霉NRRLl960菌种在20L规模发酵罐中衣康酸的发酵结果，以起始浓度609／L的葡萄糖为原料，衣康酸转化率为耗糖的45．54％(W／W)。同年，Pfizer等利用土曲霉NRRLl960在2．2m3发酵罐中开始小规模试产衣康酸，发酵生产率为32．4g／L，转化率为45％t蚋。在1955年，Pfizer公司建立了世界上第一条以蔗糖为原料发酵法生产衣康酸的生产线【9l。进入20世纪50年代以后，大批学者在对选育衣康酸发酵的优良菌种和影响衣康酸发酵因素等方面做了大量研究【10,IIJ。另外，对衣康酸发酵的代谢机理也进

4、行了积极的探索【12。141，有力的推动了发酵法生产衣康酸的研究进程。到20世纪80年代，衣康酸的研究得到了迅速发展，更多的微生物，如假第一章绪论丝酵母、黑曲霉等被发现也能够产生衣康酸。随着科学技术的飞速发展，人们除了对衣康酸发酵微生物、生产原料、生物合成机理深入研究外，还开始研究探讨固定化连续发酵技术生产衣康酸，如Horitsu等用聚丙烯酰胺凝胶包埋土曲霉生产衣康酸，在连续发酵柱中产生速率为60mg／h[15l：H．Kautola等以海藻酸钙凝胶包埋土曲霉NRRLl960的孢子或用CeliteR．626做固定化载体，在塔式反应器中发酵两周以上，葡萄糖的容积产率为1．2g(／L．h)‘

5、16l。我国对于衣康酸发酵技术的研究起步较早，但进展缓慢，直到20世纪90年代才在云南开始试生产，但由于使用菌种Asp．terreusLu663产酸及转化率都较低，加之人们对衣康酸的腐蚀性认识不足，造成设备腐蚀严重、生产成本高、质量不稳定等，难以维持生产。衣康酸的生产除了利用微生物发酵法生产外，还可以通过化学法合成来获得，但与微生物发酵法相比，化学法成本过高。目前国内外大多以发酵法生产衣康酸。1．2衣康酸的分子结构及物理化学性质1．2．1衣康酸的分子结构衣康酸是一种不饱和二元酸，分子式为C5H604，分子量为130．1，结构式为H2C==C—t00HlH2C_一C00H1．2．2衣康酸

6、的物理化学性质纯衣康酸是一种白色粉末状结晶，晶体呈八面体或正交双锥形，结晶产品不易吸潮，即使在高温条件下也不结块，在真空条件下加热升华。其物理化学性质见表1．12第一章绪论衣康酸易溶于水，在水及有机溶剂中的溶解度见图1．1和表1．2图1．1衣康酸在水中的溶解度Fig．1．1Theitaconicaciddegreesofdissolutioninwater表1．2衣康酸在有机溶剂中的溶解度(25℃)[91Table1．2Theitaconicaciddegreesofdissolutioninorganicsolvent3第一章绪论1．2．3衣康酸的同分异构体衣康酸有两个结构相似、化学

7、性子相近的同分异构体，即柠康酸(顺式甲基丁烯二酸)和中康酸(反式甲基丁烯二酸)，衣康酸在酸性、中性和弱碱性的条件下是稳定的，但在强碱条件下三种同分异构体可以互相转化，如图1．2．CIt2=C衣康酸H·-··-———·-—------▲r-卜—HtC00H=c