1，3—丙二醇的微生物发酵生产工艺

产生与市囊 从战术角度，就化工中间体某委或某种产品的生产建设统 状(例如生产厂家、规模、产量、质量、在建与拟建项目等)，生产 技术与工艺路线，存在问题及发展建议；消费结构变化、市场价 格走势 、避出口态势、未来发展趋势等，及其影响因素避行具体 阐述和 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 1，3一丙二醇的微生物发酵生产工艺 汪多仁 (吉化公司石井沟联合化工厂 132105) 拍i要 利用微生物发酵技术生产1，3-丙二醇的关键是研制生物酶催化剂。本文介绍了几种生物酶催化生 产 1，3一丙二醇的工 艺和进展。 关键词 1，3-丙二醇 生物酶 微生物发酵技术 生物物质主要由淀粉及纤维素组成 ，它们可转化 成葡萄糖。以葡萄糖为原料，通过一些合成酶的催化 可以制得许多有用的有机化工产品，如己二酸、1，卜 丙二醇(PDO)、乙醇、丁二醇和乳酸等，而不需要从 传统方法所用原料苯开始来制得，新方法的特点是： 生产成本低，无污染问题。 生物酶催化是催化科学的前沿，1，3一丙二醇是 21 世纪具有广阔应用前景的化工原料。用微生物发酵法 生产1，3一丙二醇，其优越性在于可以利用便宜的原料， 其反应条件温和。近年来，微生物发酵工艺逐渐成为各 国研究的热点，已取得相当大的进展。DuPont公司已 在 2002年实现工业化 1，3一丙二醇微生物发酵工艺。 一 、微生物发酵生产工艺 目前 1，3一丙二醇有三种生产方法：其中工业化的 是两种石油化工路线：Sheu公司开发的环氧乙烷法和 Degussa公司开发的丙烯醛法，1997年 DuPont公司购 买了Degussa公司的专利技术。另一种 1，3一丙二醇的 生产方法是微生物发酵法。 以甘油为原料通过化学反应制备l，3-PDO，是采 用Rh—W 催化剂，在 200~C由甘油和合成气反应制备 1，3-PDO，联产 1，2-PDO和丙醇。反应采用以A12O3 为载体的磷酸催化剂，在300~C将甘油转化成丙烯醛 (70．5％)和羟基丙酮 (10％)，然后丙烯醛再水合制取 HPA (羟基丙酸 )，最后通过加氢制得 l，3-PDO (60％)和 1，2-PDO(10％)。这种方法由于产物有 1， 2-PDO，而且甘油价高，不是制备 1，3-PDO的理想 方法。 自20世纪70年代发现内切酶在重组 DNA (脱 氧核糖核酸 )过程中的重要作用，揭开了现代酶催化 的历史。酶催化与一般催化剂催化相比，反应一般在 常温、常压，在合适的pH条件下进行、高催化效率、对 反应的专一性、节约资源和能源、对环境友好、是一种 无废或少废反应过程、产物可生物降解等优点也可同 时生产 y一丁内酯和 1，4-丁二醇，比例容易调节。 自20世纪80年代后期以来出现了转向大宗化工 产品和其他精细化工产品生产领域的苗头，酶的应用 领域最多、最有成效，扩大酶催化的应用是人们追求的 方向，酶将取代许多现在使用的化学催化剂。当天然酶 不能满足所需各种化学反应时，就要合成特别需要的、 事先设计的酶，这是酶催化要解决的重要课题。 两步发酵法生产 1，3一丙二醇的新工艺，是以玉米 为原料， 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 为：玉米一糖化液一好氧发酵一甘油一 厌氧发酵一 1，3一丙二醇。该法目前虽尚处于研究阶 段，这是一条既经济又可行的环境友好新工艺路线。 甘油微生物发酵制备l，3-PDO，其发展方向是将 甘油的生产与淀粉发酵制乙醇相结合，利用副产物甘 维普资讯 http://www.cqvip.com 瓣 油作原料，由此将会大大地降低甘油价格，使甘油微生 物发酵生产 1，3-PDO的技术经济具有相当的竞争力。 微生物转化法在于是其利用可再生资源、清洁生 产、对环境友好、有利于可持续发展。 微生物发酵法用价格低廉的甘油为原料．其所用 的菌种有克雷白杆菌属，柠檬菌，梭芽孢杆菌属和丁 酸梭芽孢杆菌，在微生物转化甘油的过程中，甘油既 是微生物生长的底物，又是主要产物 1，3-丙二醇的反 应物，副产品有乙酸，2，3-丁二醇 ，乙醇或丁酸等 ，甘 油生物转化的菌种主要是肠道细菌和梭状芽孢杆菌 属．在甘油发酵培养基中的三价铁和维生素12是重要 的组分。 另外，培养基中还含有多种无机盐．反应最为常用 的微生物菌种是DSM543梭茵．培养基由葡萄糖，1， 2一乙二醇、1，2一丙二醇等物质组成。发酵方式采用间 歇式法可获得较高的产物浓度，但生产强度较低，连 续发酵有利于提高生产强度，但产物浓度相对较低， 其生产大多采用间歇进料连续发酵的方法。 采用甘油的起始浓度为 23～110g工业甘油 ，在 pH为 7下于 34~C的条件下在厌氧下进行，其发酵过 程中常可加入葡萄糖为辅助底物来提高甘油的转化 率，稀释速度为 0．35％。 在甘油发酵中往往保持甘油稍微过量，以使甘油 充分利用。在经 30h后获得 1，3-丙二醇的浓度为60 L．h，总产率为7gt．h，发酵产物中只包含 1，3-丙二醇 和挥发性的副产物，如乙醇和 乙酸等不存在难于分离 的异构体．在加入絮凝剂和石灰后可以有效地分离出 细胞和沉淀酸，蒸馏除去乙醇后获得 1，3-丙二醇。 生物酶催化法成本极低廉。杜邦公司开发出用生 物酶催化法制备 PDO，该公司称可用低廉的碳水化合 物，通过微生物酶催化发酵的方法制得 PDO，方法简 单，副产物少，成本低。 在菌种上，肺炎杆菌属(Fdebsiella pneumomae)o 丁酸梭状芽孢杆菌属(Clostridium butyricum)以及在 此基础上改造得到的基因工程菌都具有工业应用的 前景。 在构建高产、耐产物抑制的基因工程菌时，一种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是：构建可以在同一菌体内实现发酵葡萄糖为底 物生产甘油和以甘油为底物生产 1，3～丙二醇的基因 工程菌；另一种方案是：对实现这两个途径的菌株分 别改造，再通过两步法发酵生产。以甘油为底物生产 1，3-丙二醇的工艺，得率为62％。提高3一磷酸甘油酶 和甘油脱水酶的活性和表达量，对于提高 1，3-丙二醇 的产量影响很大。提高发酵水平以及采用膜法分离产 物等也是国际上研究的热点。 梭状芽胞杆菌属 (Clostridia)、克雷伯氏菌属 (Klebsiella)和柠檬菌属 (Citrobacter)等细菌可以 甘油为唯一的碳源和能源物质发酵生产 1，3一丙二 醇。其中对克雷伯氏菌研究得比较早，克雷伯氏菌在 厌氧和好氧的条件下，甘油的代谢分别由不同酶系 进行调控 ；厌氧发酵主要由二羟丙酮系统 (DHA系 统 )进行调控 ，有氧发酵主要由3一磷酸甘油系统。 DHA系统含有4个酶一甘油脱氢酶、二羟丙酮激酶、 甘油脱水酶和 1，3-PD氧化还原酶；在系统含有 3个 酶一甘油激酶 (GK)和有分子氧作为氢受体时的好 氧3一磷酸甘油(G3P)脱氢酶和非氧氢受体时的厌 氧 G3P脱氢酶。 在厌氧条件下甘油渗透到细胞膜内沿着氧化和 还原两条平行路径代谢。在氧化途径中，甘油在酶的 作用下形成二羟丙酮磷酸 (DHAP)：在还原途径 中，甘油在甘油脱水酶 (GDHT)的作用下生成 3一 羟基丙醛，然后在 1，3-PDO氧化还原酶(PDOR)的 作用下，生成目的产物一1，3-PDO(丙二醇 )。 对于甘油发酵生产 1，3-PDO，可以在厌氧条件 下进行，也可以在好氧的条件下利用克雷伯氏菌发酵 在一定的微氧条件下批量和连续发酵生产。 用克雷伯氏菌菌种，将发酵培养基经适当调整， 用4 moIA．KOH溶液调节pH值。种子培养摇床转速 为150 r~nfin，培养温度为37~(2，培养时间为12h。在全 自动发酵罐中，装液量为2L，搅拌转速为 300titan。 在间歇发酵时，甘油质量分数为4％，发酵过程可 从底部通入足量的氮气维持厌氧的条件或向罐中通 入 1．21 I~lin的空气，提供一定的氧量。 连续发酵法是首先采用2％甘油预培养达到菌体 密度后加连续发酵的培养基，甘油质量分数为 。 DHAP(二羟丙酮磷酸 )进一步代谢，产生丙酮酸，最 后生成乙酸和乙醇等副产物。在有氧的条件下，分子 氧作为外源的电子受体参与代谢，GK将被激活，甘油 在 GK(甘油激酶 )的作用下，生成 目的产物。 生物酶的催化作用主要取决于酶的活性中心和 底物的相互作用。 由甘油转化成 PDO的代谢途径为：在厌氧条件 下，甘油扩散进入细胞后，一部分被甘油脱水酶催化 成 3一羟基丙醛和水，接着 3一羟基丙醛在 PDO氧化 还原酶的作用下被还原为终产物PDO；另一部分甘油 在脱氢酶的作用下转变为二羟基丙酮，然后经磷酸化 维普资讯 http://www.cqvip.com 脱氢，再进入丙酮酸代谢，生成副产物。对于上述各种 可代谢甘油生成 PDO的微生物，甘油代谢到丙酮酸 盐的途径均相同，而丙酮酸进一步代谢成不同的副产 物因各菌种而异。 PDO发酵需要在厌氧条件下进行。对于上述菌 种的发酵过程，发酵液中PDO最终浓度介于55~73g~ L之间，底物甘油对PDO发酵有抑制作用，为了提高 最终产物浓度，降低产品提取成本，选择流加发酵较 为合适。 采用连续发酵可得到较高的生产强度。采用 Klebsiella pneumoniae在稀释率为0．1／h下进行连续 发酵，PDO生产强度可达 3．3-4、8 ．h，发酵液最终 PDO浓度为48s'L，转化率为0、63mol／molo 由于发酵液中PDO浓度较低，采用传统的浓缩、 精馏方法提取产物，能耗很高 ，而 PDO亲水性很强， 一 般的液液萃取也很难将其从水相中分离。可用适当 有机溶剂将其从水相中萃出，再在弱酸性条件下将 2一甲基一1，3一二恶烷水解得到 PDO，从而达到分离、 提纯的目的。 采用渗透汽化等膜分离技术对去除菌体后的发 酵液进行选择性透过来浓缩 PDO，已成为当今的研究 热点。 ． 目前，甘油的价格还是高于糖，因此应选用更廉 价的碳源，如采用葡萄糖为底物直接发酵生产PDO 成为当前该领域的另一个研究热点。直接利用糖生产 PDO以降低微生物发酵的成本，采用混合菌或是两步 法发酵，先由甘油生产菌将葡萄糖转化为甘油，再由 PDO生产菌将甘油转化为PDO，实现葡萄糖到甘油 的直接转化。最有发展前景的一种方法是将生成甘油 的基因和生成 PDO的基因重组克隆到一个宿主细胞 中，实现将葡萄糖一步发酵生成 PDO，主要有 3种手 段：(1)将可把甘油转化为 PDO的基因dhaB和 dhaT 克隆到甘油生产菌中；②将可把糖转化为甘油的基因 GPPF2克隆到 PDO生产菌中；⑨将 dhaB、dhaT、GPPV 2克隆到其他以葡萄糖为底物的微生物细胞中进行表 达，比如大肠杆菌。 采用单糖 (如葡萄糖和果糖 )多糖 (如淀粉、纤维 素 )等碳水化合物作为碳底物，通过与脱水酶基因的 单一微生物接触 ，在适当的发酵条件下制备 1，3一 PDO。1，3-PDO的生产成本与现有乙二醇基本相当， 是目前制备 1，3一PDO方法中，生产成本最低，污染最 少的一种重要方法。 用生物法生产 1-3一丙二醇，与化学法相比，不需 高温、高压等苛刻的反应条件，由于不需大量的能耗， 且使用易得的廉价甘油的原料，可以大幅度地降低生 产成本，且具有很强的市场竞争力，作为新的绿色生 态环保产品，对发酵法的关键技术，是尽可能提高糖 的转化率和1，3一丙二醇的产率。 二、发展概况 美国DuPont公司和世界第二大酶生产商 Genen— cor联手；积极开展基因工程茵的研究，并在全球范围 内申请了专利。今年，他们又进一步与 Tate&Lyle公司 联手 ，建立了年产 10万磅的中试发酵装置并已投入 运转，预计在2003年或2004年初实现以湿磨玉米为 原料，利用基因工程菌商业化生产 PDO。 国内已有大学和研究机构开展 了发酵法生产 PDO的研究，并取得了较好的进展。同时，这一技术的 研发工作也引起了国家有关部门的重视。由清华大 学、大连理工大学和中国农业大学等单位的预期 目标 是在 2003年前完成中试。清华大学化工系在两步发 酵法生产甘油专利技术的基础上，进一步开发了将甘 油发酵第二步厌氧耗糖过程与 PDO厌氧发酵耦合进 行的新工艺，此方法不仅可以解决甘油发酵后期葡萄 糖消耗慢并反消耗甘油的问题 ，而且可以提高 PDO 相对于甘油的转化率，最终实现以糖为原料两步发酵 生产 PDO。 三、前景展望 据预测，到 2010年 ，全球包括非纤维应用在内的 PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯 )需求量将超过 100万 ，相应地，PDO的需求量也会迅速增加。目前，我国 只有北京化工厂、上海试剂一厂等少数几家化工厂生 产作为化学试剂的 PDO，产量很小，大宗工业用 PDO 因国外公司控制出口而无法获得。 随着石油等非再生资源 日益减少、世界人口和环 境压力的增加，应用现代生物化工技术改造和替代传 统石油化工工艺的趋势越来越引起人们的重视。发酵 法生产PDO正好顺应了这一潮流，而且起步在化工 合成工艺大规模商业化投产之前 ，发展前景和机遇十 分有利。但是，若要提高微生物发酵工艺相对于化学 合成工艺的竞争力，必须在应用分子生物学、代谢工 程等现代生物技术手段，提高PDO 的发酵生产水平 的同时，开发高效率、低成本的PDO产品提取工艺技 维普资讯 http://www.cqvip.com ， ◆⋯◆⋯ ◆川I◆lIII◆川I◆lIII◆川 ◆⋯I◆川I◆⋯ ◆⋯ ◆ 川◆⋯ ◆川I◆ 川◆川 ◆川I◆川I◆川I◆川I◆ ⋯I◆川I◆lIll◆川I◆⋯ ◆⋯ ◆⋯I◆川}◆⋯I◆川I◆川I◆川I◆川I◆川I◆川I◆⋯{◆lIII◆川I◆川 ◆川 ◆川I◆⋯ ◆⋯I◆¨¨ ◆⋯I◆⋯ 、 ； ■者按：我国已经是一个氯碱大国，目前我国的烧碱生产能力仅次于美国处在世界第二位，但是我国氯碱 至企业存在着布点较多、生产能力分散、精细化工率低等诸多问题。我国已经加入WTO，进入新世纪，国内氯碱 企业将面t临来自国际市场的挑战，我国的氯碱企业何去何从，已成为关系到其生死存亡的大问题。编者认为，三 国内氯碱企业及其周边企业应该把加大有机氯产品开发作为提高企业竞争力的重要手段。本刊根据读者要 i 求，自2002年第3／4期起连续报道主要有机氯中间体的生产和下游产品的开发情况。希望对读者有所裨益。 川 ◆⋯I◆川l◆川l◆川l◆川{◆川l◆川l◆ }◆ Il◆ ⋯◆⋯{◆川 ◆ l◆⋯{◆⋯I◆ ⋯I◆川I◆川l◆⋯I◆川 ◆川l◆ ⋯l◆⋯{◆⋯l◆ ⋯l◆⋯{◆⋯l◆川{◆川 ◆⋯l◆川}◆川l◆⋯I◆川I◆川l◆ ⋯I◆川 ◆川◆⋯I◆川I◆川I◆川l◆⋯I◆川I◆川{◆⋯I 有机氯中间体系列报道之九 光号系列产品及其下游产品明开发与应用(亢 ) 赵美法 (青岛天元化5-股份有限公司 266400) (接上期 ) 5．其他产品 (1)过氯化二碳酸二苯氯乙酯 别名：引发剂 BPPD 生产方法：由苯酚与氢氧化宅内、氯乙醇反应制取 苯氧乙醇，再由苯氧乙醇与光气、过氧化宅内进行光气 化和氧化反应制得。反应式如下： >_OH+CICH2CH2OlINaOH· OCH2cH2o H_Cl0℃OCI~· 0 O O e cH2CH20k C 哪 H2CH2-O-~oo．~-OCH2CH20_< 用途：用作烯类单体、氯乙烯、不饱和聚酯树脂的 聚合引发剂，也可用作橡胶硫化促进剂。 (2)过氧化二碳酸双十六烷商 生产方法：由十六烷醇经光气化反应生成氯代甲 酸十六烷基酯，再与过氧化钠反应而制得。其反应式 如下 ： CH 3(CH2)15OH+COCI — —·CH 3(CH2)l5OCOCl+HCI 2CH 3(CH2)15OCOC1+Na 2O 一 [OCOO(CH 2)15CH 3]2+2NaCl 先由十六烷醇与光气在较低温下 (5qC以下 )反 应生成氯代甲酸十六烷基酯 ，在反应器温度控制在 5±2℃，开动搅拌下加入定量的氢氧化钠、水和 50％浓 度的双氧水，然后缓缓加入氯代甲酸十六烷基酯 (含 量 97．5％)及适量的异丙醇，时间 1h，加毕，继续在 5～ IO~C下反应 4h，然后投入冷水中，过滤，洗涤 ，20"(2下 凉干得粗晶，再于 5qC下用甲醇提纯得纯品。 每吨消耗光气 1100kg 用途：用作悬浮法聚氯乙烯的引发剂。 (3)四甲基米氏酮_ 别名：米氏酮 化学名称：4，4’一双(二甲胺基 )二苯甲酮 生产方法：由二甲苯胺与光气在无水氯化铝或氯 化锌催化下进行缩台反应而制得。其反应式如下： CH3 《： c 一 C l H <>《：3十2Hc- 3 O 反应结束后用盐酸酸析至 pH3~4，过滤、酸洗、碱 洗、水洗、烘干得成品。也可以采用催化氧化法生产： 由N，N’一二甲基苯胺与甲醛缩合得四甲基二氨基二 术，并采用淀粉葡萄糖或更廉价的碳源作为代谢底 物，这势必成为今后的研究重点。就目前的技术水平 而言，我国与国外的发展并无明显差距，应当抓住机 遇，产学研各部门通力合作，尽快完成攻关中试，为大 规模产业化提供强有力的技术支撑。 我国是聚酯纤维生产大国，2000年聚酯纤维产 量近4000t。我国聚酯原料有约 依靠进口，因此，聚 酯工业发展仍有较大的空间。 由于PTT性能明显优于PET，P1 纤维发展的 速度会很快，预计 1，3-PDO的需求量也会很快增加。 维普资讯 http://www.cqvip.com