專利名稱：微生物發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，屬于生物化工合成領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，使用的菌種有克雷伯氏肺炎桿菌、克雷伯氏產(chǎn)酸桿菌或丁酸梭狀芽孢桿菌等中的任一種，這些細(xì)菌都具有在厭氧或微耗氧條件下把甘油轉(zhuǎn)化為1，3-丙二醇的能力。不論是哪種菌種，一般發(fā)酵的培養(yǎng)基主要是甘油和水，并配以磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、硫酸銨等等的無機(jī)鹽?，F(xiàn)有的利用克雷伯氏桿菌等菌種發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇時，還會得到2，3- 丁二醇和一些有機(jī)酸，如丁二酸、乳酸、醋酸等。發(fā)酵前3飛小時，生物量增加但并無發(fā)酵產(chǎn)物生成。隨著發(fā)酵過程的繼續(xù)，甘油不斷地被消耗，產(chǎn)物不斷積累。隨著發(fā)酵產(chǎn)物的不斷積累，副產(chǎn)物丁二酸、乳酸、醋酸等有機(jī)酸也會不斷積累，因此，發(fā)酵液的PH值會發(fā)生變化，對發(fā)酵過程產(chǎn)生阻礙作用。為了使發(fā)酵過程順利進(jìn)行，需要控制發(fā)酵液的PH值在一定范圍，因此，當(dāng)發(fā)酵液的PH值降低時，需不斷地加堿中和。通常使用的堿是氫氧化鈉。氫氧化鈉是液體，與發(fā)酵液的混合為液液混合，混合時間長且不均勻，短時間內(nèi)存在局部偏酸或偏堿的可能。另外，在發(fā)酵反應(yīng)結(jié)束后，發(fā)酵液中副產(chǎn)的有機(jī)酸實際是以丁二酸鈉、乳酸鈉、醋酸鈉的形式存在。發(fā)酵液中的1，3-丙二醇可以通過提取得到純凈的產(chǎn)品，在提取過程中可得到2，3-丁二醇和混合有機(jī)鹽。2，3-丁二醇直接可以利用，可作為商品出售，或用來制備甲乙酮。而有機(jī)酸的鈉鹽的用途少，作為1，3-丙二醇發(fā)酵生產(chǎn)的副產(chǎn)品，這些混合有機(jī)鹽的去向是產(chǎn)業(yè)化必須解決的一個問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，要求使用該方法的發(fā)酵過程中，能夠很好地控制發(fā)酵過程中因為產(chǎn)酸導(dǎo)致的PH值的降低，且反應(yīng)得到的副產(chǎn)品的用途廣。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。為簡要說明問題起見，以下對本發(fā)明微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法均簡稱為本方法。 本方法是在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，液氨進(jìn)入發(fā)酵罐中時己氣化變成氨氣，氨氣混合在壓縮空氣中，在攪拌的作用下，會迅速地被分布到發(fā)酵罐的每個角落，與發(fā)酵液充分混合，因此對發(fā)酵液的pH值的調(diào)節(jié)會更快更準(zhǔn)，使得發(fā)酵反應(yīng)的pH值的控制好。
使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，使得發(fā)酵的終產(chǎn)物中的副產(chǎn)品均以銨鹽形式存在，如丁二酸銨、乳酸銨、醋酸銨等?；旌嫌袡C(jī)酸的銨鹽與鈉鹽相比，有著更廣泛的用途?；旌嫌袡C(jī)酸的銨鹽可以作為牛羊等反芻動物的飼料添加劑?；旌嫌袡C(jī)鹽也可以繼續(xù)提純得到有機(jī)酸。所述有機(jī)酸分別是丁二酸、乳酸、醋酸，其中丁二酸是三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，它可以直接被生物體利用獲得能量。乳酸是生物體在缺氧代謝過程中產(chǎn)生的一種酸，它被美國食品藥品管理局(FDA)認(rèn)定為是絕對安全的食品添加劑，所以作為飼料是安全的。醋酸也是安全的可被吸收的一種有機(jī)酸。銨可以作為非蛋白氮源。所以混合有機(jī)酸的銨鹽做為反芻動物的飼料添加劑，與硫酸銨相比，有更好的效用。綜上所述，使用本方法，發(fā)酵過程中的pH值的控制好，得到的副產(chǎn)品的用途廣泛，能夠很好地解決微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇得到的混合有機(jī)鹽的去向問題。本方法中使用的微生物菌種是克雷伯氏肺炎桿菌、克雷伯氏產(chǎn)酸桿菌或丁酸梭狀芽孢桿菌中的任一種。本方法包括以下具體步驟
(1)發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)過消毒后接入菌種在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，培養(yǎng)基PH值為6.5^8. 5，發(fā)酵溫度為32 38°C ；
(2)發(fā)酵過程中通入O.Γ0. 8VVM的壓縮空氣，攪拌轉(zhuǎn)速8(T250rpm，并保持發(fā)酵罐壓力O. ΟΓΟ. 07MPa，發(fā)酵3飛小時后流加甘油，流加的速率為5 50g/L*h ；
(3)發(fā)酵過程中，當(dāng)發(fā)酵液pH值降至6.5時，通過加入液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，使發(fā)酵液的pH值維持在6. 5 7. O。作為本方法的優(yōu)化，所述液氨通過位于發(fā)酵罐底部的壓縮空氣的進(jìn)氣管加入，在輸送液氨的管路上設(shè)有控制液氨流量的電磁閥。液氨從設(shè)在發(fā)酵罐底部的壓縮空氣進(jìn)氣管加入，使液氨和壓縮空氣混合后均勻地加入，液氨變成氣態(tài)后隨著壓縮空氣能夠與發(fā)酵液迅速混合，從而更快更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)發(fā)酵液的PH值。液氨加入的量不是一個恒定值。在發(fā)酵初期3飛小時，細(xì)菌大量繁殖并不產(chǎn)酸，發(fā)酵液的PH值無明顯變化。此時控制液氨流量的電磁閥不開啟。約:Γ5小時后開始產(chǎn)酸，發(fā)酵液的PH值下降，當(dāng)pH降至6. 5時，控制液氨流量的電磁閥開始啟閉，啟閉頻率根據(jù)pH值變化而變化。作為本方法的進(jìn)一步優(yōu)化，所述發(fā)酵罐壁上設(shè)有pH變送器，所述pH變送器與控制液氨流量的電磁閥連鎖，通過自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。pH變送器與控制液氨流量的電磁閥連鎖，通過自動控制系統(tǒng)(如DCS或PLC控制系統(tǒng))，可以更準(zhǔn)確及時地調(diào)節(jié)發(fā)酵液的PH值當(dāng)發(fā)酵液的pH值變小時，電磁閥啟閉頻繁，力口大液氨的進(jìn)料量；當(dāng)發(fā)酵液的PH值接近于中性時，電磁閥啟閉頻率變小，甚至不開啟，從而 達(dá)到維持pH值恒定的目的。
具體實施例方式下面通過具體實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。實施例I微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用克雷伯氏肺炎桿菌發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。具體包括以下步驟
(1)發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)過消毒后接入菌種在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，培養(yǎng)基PH值為6.5，發(fā)酵溫度為32°C ；
(2)發(fā)酵過程中通入O.IVVM的壓縮空氣，發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速80rpm，并保持發(fā)酵罐壓力O. OlMPa，發(fā)酵3小時后流加甘油，流加甘油的速率為5g/L*h ；
(3)發(fā)酵過程中，當(dāng)發(fā)酵液pH值降至6.5時，通過加入液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，使發(fā)酵液的pH值維持在6. 5 7. O之間。液氨通過位于發(fā)酵罐底部的壓縮空氣的進(jìn)氣管加入，在輸送液氨的管路上設(shè)有控制液氨流量的電磁閥。在發(fā)酵罐壁上設(shè)有pH變送器，所述pH變送器與控制液氨流量的電磁閥連鎖，通過DCS自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。實施例2
微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用克雷伯氏產(chǎn)酸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。具體包括以下步驟
(1)發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)過消毒后接入菌種在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，培養(yǎng)基PH值為8.5，發(fā)酵溫度為38°C ；
(2)發(fā)酵過程中通入O.8VVM的壓縮空氣，發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速250rpm，并保持發(fā)酵罐壓力O. 07MPa，發(fā)酵5小時后流加甘油，流加甘油的速率為50g/L*h ；
(3)發(fā)酵過程中，當(dāng)發(fā)酵液pH值降至6.5時，通過加入液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，使發(fā)酵液的pH值維持在6. 5 7. O之間。液氨通過位于發(fā)酵罐底部的壓縮空氣的進(jìn)氣管加入，在輸送液氨的管路上設(shè)有控制液氨流量的電磁閥。在發(fā)酵罐壁上設(shè)有pH變送器，所述pH變送器與控制液氨流量的電磁閥連鎖，通過PLC自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。實施例3
微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用克雷伯氏肺炎桿菌發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。具體包括以下步驟
(1)發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)過消毒后接入菌種在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，培養(yǎng)基PH值為7.0，發(fā)酵溫度為35°C ；
(2)發(fā)酵過程中通入O.5VVM的壓縮空氣，發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速160rpm，并保持發(fā)酵罐壓力 O. 04MPa，發(fā)酵4小時后流加甘油，流加甘油的速率為30g/L*h ；
(3)發(fā)酵過程中，當(dāng)發(fā)酵液pH值降至6.5時，通過加入液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，使發(fā)酵液的pH值維持在6. 5 7. O之間。液氨通過位于發(fā)酵罐底部的壓縮空氣的進(jìn)氣管加入，在輸送液氨的管路上設(shè)有控制液氨流量的電磁閥。在發(fā)酵罐壁上設(shè)有pH變送器，所述pH變送器與控制液氨流量的電磁閥連鎖，通過PLC自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。本實施例中，也可以用丁酸梭狀芽孢桿菌代替克雷伯氏肺炎桿菌來發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇。
權(quán)利要求
1.一種微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，其特征在于在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，其特征在于使用的微生物菌種是克雷伯氏肺炎桿菌、克雷伯氏產(chǎn)酸桿菌或丁酸梭狀芽孢桿菌中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，包括以下具體步驟 (1)發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)過消毒后接入菌種在發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，培養(yǎng)基pH值為6.5^8. 5，發(fā)酵溫度為32 38°C ； (2)發(fā)酵過程中通入0.ro. 8VVM的壓縮空氣，攪拌轉(zhuǎn)速8(T250rpm，并保持發(fā)酵罐壓力0.oro. 07MPa，發(fā)酵3飛小時后流加甘油，流加的速率為5 50g/L*h ； (3)發(fā)酵過程中，當(dāng)發(fā)酵液pH值降至6.5時，通過加入液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，使發(fā)酵液的pH值維持在6. 5 7. O。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，其特征在于所述液氨通過位于發(fā)酵罐底部的壓縮空氣的進(jìn)氣管加入，在輸送液氨的管路上設(shè)有控制液氨流量的電磁閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微生物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的方法，其特征在于所述發(fā)酵罐壁上設(shè)有PH變送器，所述pH變送器與控制液氨流量的電磁閥連鎖，通過自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的PH值。
全文摘要
一種微生物發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法，是以甘油為原料、利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇，使用的微生物菌種是克雷伯氏肺炎桿菌、克雷伯氏產(chǎn)酸桿菌或丁酸梭狀芽孢桿菌中的任一種，在發(fā)酵過程中使用液氨調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值。使用該方法的發(fā)酵過程中，pH值的控制好，且反應(yīng)得到的副產(chǎn)品的用途廣。
文檔編號C12P7/18GK102634543SQ20121013531
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者杭玉玲 申請人:杭玉玲