[发明专利]添加还原性糖促进生物合成1，3-丙二醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物发酵法合成1，3-丙二醇的方法，特别是采用甘油为底物微生物发酵生产1，3-丙二醇的方法。 

背景技术

1，3-丙二醇(PDO)是一种重要的化工和医药中间体原料，可作为有机溶剂应用于油墨、印染、乳化剂、抗冻剂等。PDO最主要的用途，是合成新型聚酯高分子材料聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)的单体。PTT是目前国际上公认的六大石化新产品之一。与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和尼龙等比较，PTT具有良好的印染特性、富有弹性、抗紫外线、静电性能好、可生物降解并再生利用等多种优良特性，因此PTT在纺织服装业、地毯装饰业、工程塑料等众多领域有着十分广阔的应用前景。据估计，目前仅我国每年就需求PDO上百万吨，而且在未来十年我国对PDO的需求量还将继续增大。PTT生产的关键在于单体原料PDO的来源，其生产成本直接影响着PTT的工业化生产和应用规模。 

1，3-丙二醇的生产方法主要有化学合成法和微生物发酵法。化学合成法目前仅有国外DuPont和Shell公司以及国内的少数几家单位在进行小规模工业化生产。技术路线分别是德国Degussa公司的丙烯醛合成法专利技术和Shell公司开发的环氧乙烷合成法，并用于聚合生产PTT。为了垄断市场，这两家跨国公司不对外销售用于PTT生产的PDO，而只向客户销售PTT切片及其下游产品。同时，化学合成法存在设备投资大、工艺要求严格、操作条件苛刻、有毒副产物多、产品提取难度大、三废处理成本高以及生产原料依赖于不可再生的 石油资源等问题，导致PTT材料及其原料产品PDO的价格一直居高不下，制约其进一步的发展。而微生物发酵法生产PDO，以可再生资源——碳水化合物为原料，具有操作简便、反应条件相对温和、副产物少、污染少且容易处理以及成本低廉等优点，引起了国内外相关企业和研究单位的高度重视，将具有广泛的应用前景和开发潜力。 

随着近年生物能源产业的蓬勃发展，导致其最大副产物甘油的价格急剧下降，因此利用甘油为原料生物合成1，3-丙二醇的方法逐渐成为研究的重点。目前利用甘油转化成1，3-丙二醇的微生物主要为兼性厌氧微生物，可以采用厌氧条件，也可以采用微氧条件。其中，肺炎克雷伯氏杆菌、费氏柠檬酸菌和丁酸梭状芽孢杆菌是转化率较高的三种菌，对底物和产物也具备良好的耐受性。以肺炎克雷伯氏杆菌为例，1，3-丙二醇的生物合成途径主要分为氧化和还原途径。氧化途径主要包括以下步骤：①甘油经甘油脱氢酶(GDH)催化，生成2-羟基丙酮(DHA)，此酶为厌氧酶，以NAD+为辅酶；②DHA在ATP及2-羟基丙酮激酶的作用下，生成磷酸二羟基丙酮(DHAP)；③DHAP进一步代谢生成丙酮酸，然后通过乙酰CoA进入三羧酸循环或生成其它小分子醇、酸等代谢产物。氧化途径生成生物能ATP和还原当量NADH₂，并伴随着微生物细胞的生长。还原途径主要有2步酶反应：①甘油脱水酶(GDHt)在辅酶B12存在下将甘油转化为中间产物3-羟基丙醛(3-HPA)；②在NADH₂存在下，3-HPA在1，3-丙二醇氧化还原酶(PDOR)催化下生成1，3-丙二醇。还原途径消耗氧化途径生成的过量NADH₂，使微生物细胞内的还原物质达到平衡。如CN01117282.7公开了一种微生物微氧发酵生产1，3-丙二醇的方法，CN01138769.6公开了一种好氧发酵生产甘油、厌氧发酵生产1，3-丙二醇的方法等。 

在发酵底物中添加某种物质，以促进生产1，3-丙二醇的发酵过程在本领域中进行了较多的研究，如“现代化工”2002，22(6)：32-35页张健等介绍了一种采用添加葡萄糖作为辅低物在厌氧条件下发酵生产1，3丙二醇；CN1446919A公开了一种采用外加维生素C或维生素E促进1，3-丙二醇的生产； CN200510011917.2公开了一种添加反丁烯二酸促进微生物合成1，3-丙二醇的方法；CN200810022643.0公开了一种向发酵液中添加能改善细胞通透性的抗生素，增加发酵产率的方法。不同的添加物质对微生物发酵过程均具有一定的促进作用，但微生物发酵过程的产物浓度、生长周期长和甘油转化率等方面均可以进一步提高。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种合成1，3-丙二醇的方法，本发明方法具有操作简单，提高1，3-丙二醇的合成浓度和底物转化率，降低发酵成本，提高经济效益等优点。