[发明专利]一种利用微生物连续生产1,3-丙二醇的方法

说明书

本发明涉及一种利用微生物连续生产1,3‑丙二醇的方法，首先在微氧条件下，以种子培养基进行发酵菌种的培养，获得发酵种子液；然后在发酵培养基中接入发酵种子液，进行厌氧发酵，至发酵液中1,3‑丙二醇浓度大于60g/L，转换至微氧发酵，控制发酵体系pH至偏酸性，静置分层后，抽取上层清液，同时加入补充培养基，并控制发酵体系pH至偏碱性，随后从厌氧发酵开始重复进行，以实现连续发酵。本发明采用的连续发酵模式，能够缩短发酵时间，大幅提高生产效率。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种利用微生物连续化生产1,3-丙二醇的方法。

背景技术

1,3-丙二醇（1,3-Propanediol，PDO）主要用于生产性能优异的新型聚酯PTT（Polytrimethylene Terephthalate）。由它合成的聚酯具有独特的性质和优异的性能，而且可以使聚酯塑料具有易于自然循环的可生物降解特性。近年来，作为重要的有机合成原料和中间体，因其独特性能以及广泛的用途成为研究开发的热点。

1,3-丙二醇工业生产方法主要有化学法和生物法两大类。生物法是目前研究的热点，根据原料不同可分为葡萄糖一步转化法和甘油转化法。生物法虽然起步较早，但是直到二十世纪八十年代才逐渐引起人们的重视。与化学法相比，微生物转化法具有条件温和、操作简便、选择性好、节省能源、设备投资少和环境良好等特点，是一种生产成本最低、污染最少的方法，符合当今“绿色化工”和“可持续性发展”的要求。

生物法生产1,3-丙二醇，目前存在产物浓度低、生产周期长和转化率低等问题，直接影响生物法生产1,3-丙二醇的规模化应用。解决上述问题，既可以通过生物化工上游技术，利用基因工程等技术手段，对发酵菌种加以改造，以提高菌种的发酵水平、产物的转化能力，也可以在生物发酵阶段，连续、分批补料、反应分离相耦合的培养方式，优化发酵条件，提高发酵水平。

目前生物法生产1,3-丙二醇主要采用批次发酵模式。中国专利CN1348007A公开了一种微生物微氧发酵生产1,3-丙二醇的方法，其所使用的微生物细胞不仅在厌氧条件下，而且在微氧条件下都能将甘油转化为1,3-丙二醇。中国专利CN1434122A公开了一种采用两段双底物集成发酵生产1,3-丙二醇的方法，其二级种子培养是以葡萄糖和甘油为混合双底物，将好氧条件下的二级种子培养和厌氧条件下的甘油厌氧转化集成在同一个发酵罐中进行。中国专利CN1955304A公开了一种微生物利用甘油厌氧发酵生产1,3-丙二醇的方法，其特征在于通过在发酵培养基中或在菌体生长的指数期添加适量的有机中间代谢成分，实现了1,3-丙二醇发酵过程中底物与产物间理想的通量分布，进而实现高效的1,3-丙二醇发酵。上述方法虽然能够起到简化流程、缩短培养周期等优点，但是由于发酵体系中1,3-丙二醇产物浓度较低，针对批次发酵模式所形成的技术方案，并不能显著提高生产效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用微生物连续生产1,3-丙二醇的方法。本发明采用的连续发酵模式，能够缩短发酵时间，大幅提高生产效率。

本发明利用微生物连续生产1,3-丙二醇的方法，包括如下内容：

（1）菌种培养：以种子培养基进行发酵菌种的培养，获得发酵种子液；

（2）连续发酵：a、在发酵培养基中接入发酵种子液；b、进行厌氧发酵，发酵过程中流加甘油；c、至发酵液中1,3-丙二醇浓度大于60g/L，转换至微氧发酵，发酵过程中控制发酵体系pH至偏酸性，静置分层后，抽取上层清液，同时加入新鲜培养基，并控制发酵体系pH至偏碱性，随后重复步骤b、c，以实现连续发酵。

本发明中，步骤（1）所述的发酵菌为能够利用甘油发酵生产1,3-丙二醇的微生物，主要为兼性厌氧菌，具体如克雷伯杆菌（Klebsiella pneumoniae）、弗氏柠檬杆菌（Citrobacter freundii）等，优选克雷伯杆菌。