一种简单的高产2,3-丁二醇发酵生产方法

利用一株克雷伯氏菌(Klebsiellasp.LN145)在以葡萄糖和磷酸氢二铵为主要成分的培养基中发酵生产2,3-丁二醇。在补料发酵培养过程中,通过补糖,2,3-丁二醇和3-羟基丁酮的最大产量分别达到了84.0 g/L和10.5 g/L,二醇的摩尔转化率达到理论水平的91%,转化速率达到1.8 g/(L.h)。     

Klebsiella pneumoniae CICC10011发酵产2,3-丁二醇的工艺研究

2,3-丁二醇应用广泛,是一种潜在的平台化合物,可以用于替代传统平台化合物-四碳烃。基于能源安全及绿色环保的需求,生物炼制制备2,3-丁二醇受到人们的青睐。与化学法相比,生物炼制制备2,3-丁二醇具有明显的优势。因此,开发合适的2,3-丁二醇发酵工艺是实验室研究的重点。针对菌种Klebsiella pneumoniae CICC10011,研究人员对菌种发酵产2,3-丁二醇的性质进行了初步考察,并通过控制不同的发酵条件,研究了pH、通空气量和转速在发酵过程中对菌种代谢的影响,从而确定了菌种发酵产2,3-丁二醇的工艺条件。发酵过程中,pH、通空气量以及转速均采用两段调控。在前12h菌种生长阶段,控制pH 6.8,通空气量1.0vvm,转速400r/min,转发酵之后控制发酵条件为pH 6.0,通空气量0.5vvm,转速300r/min。     

氧供应量对Klebsiella pneumoniae利用混合糖生物合成2,3-丁二醇过程的影响分析

以筛选的肺炎克雷伯氏茵（Klebsiella pneumoniaeUV-86）为对象,考察供氧条件分别对茵体生长、葡萄糖和木糖双底物利用和产物合成的影响。研究发现生物量随氧供应量增加而增加。不同供氧条件对茵体消耗葡萄糖过程的影响较小,而代谢木糖的能力随氧供应量的增大而增强。微氧条件下2,3-丁二醇的生物合成能力最强,2,3-丁二醇产量在1．5wm下达到最高为30．1g／L,是好氧时的2．5倍,最大体积产率为0．485g／（L·h）。不同条件下两底物产物分布有所区别,木糖代谢中乙酸生产增强。因此根据不同阶段代谢特点选择适合的供氧策略可以提高过程产量和产率。     

生物发酵法生产1,3-丙二醇和2,3-丁二醇

1,3-丙二醇(1,3-PDO)和2,3-丁二醇(2,3-BDO)是工业生产中常见的二醇,可以直接由可再生原料经生物转化生成,在化学、能源等方面具有广泛的用途。本文综述并讨论了微生物发酵法生产这两种二醇的进展,重点介绍了生产菌株的改造及发酵过程的优化。     

2,3-丁二醇生产菌株生产能力的比较和培养基优化

对5株克雷伯氏肺炎杆菌 (包括两株乳酸途径被敲除的工程菌株) 发酵生产2,3-丁二醇能力进行了比较,其中K. pneumonia HR521 LDH (乳酸合成途径中ldhA基因被敲除) 具有最佳的发酵性能。通过正交试验优化了其发酵培养基的主要组分,优化后的培养基组成为：葡萄糖 90 g/L,(NH4)2HPO4 3 g/L,玉米浆 (CLSP) 6 g/L,乙酸钠 5 g/L,KCl 0.4 g/L,MgSO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,MnSO4 0.01 g/L。在优化后的发酵培养基中进行摇瓶发酵,24 h发酵乙偶姻和2,3-丁二醇的终浓度为37.46 g/L,比未优化前增加了10 g/L,2,3-丁二醇得率达到了理论得率的90.53％,生产强度1.56 g/(L·h),检测不到副产物乳酸的生成,利于后提取工艺的进行和工业生产的应用。     

2，3-丁二醇的发酵及盐析分离工艺

采用克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae CICC 10011）发酵生产2,3-丁二醇,并对2,3-丁二醇的盐析分离工艺进行了考察。通过实验确定了以葡萄糖为底物微氧批式流加发酵的条件,发酵液中2,3-丁二醇和3-羟基丁酮的质量浓度分别为90．98g/L和12．40g/L,2,3-丁二醇的摩尔转化率为82．7％,生产强度达到2．1g/（L·h）。对发酵液中2,3-丁二醇的盐析分离研究表明,K2HPO4和K3PO4对2,3-丁二醇的盐析效果优于K2CO3。当发酵液浓缩70％后,加入质量分数为45％的K,HPO4,2,3-丁二醇的分配系数达到9．10,回收率为79．37％;上相中2,3-丁二醇的质量浓度达到420g／L;此时3-羟基丁酮的分配系数和回收率分别为11．9和83．48％。     

耐高糖高产2,3-丁二醇产酸克雷伯氏杆菌的选育

以产酸克雷伯氏杆菌(Klebsiella oxytoca) ME-UD-3为出发菌株,经紫外线及硫酸二乙酯复合诱变后分别在葡萄糖浓度逐渐提高的液体培养基中进行富集培养,筛选获得了一株耐高糖的2,3-丁二醇高产突变菌株K. oxytoca ME-UD-3-4;该菌株的初始葡萄糖耐受浓度从出发菌株的120g/L提高到300g/L以上,在初始葡萄糖浓度为95 g/L的条件下发酵培养,与出发菌株相比发酵时间缩短了8h,2,3-丁二醇的产量由原来的38.5g/L提高到43.0g/L,生产强度从0.80 g/L·h提高到1.08 g/L·h,转化率达到了理论值的91%。     

生物法生产2,3-丁二醇研究进展

2,3-丁二醇是一种重要的化工原料,可广泛应用于多个领域。二战期间由于合成橡胶需要大量1,3-丁二烯,2,3-丁二醇生产空前发展。近年来,由于聚对苯二甲酸丁烯树脂、γ-丁内酯,Spandex弹性纤维及其前体的需求增长,2,3-丁二醇的需求和产量也稳步增长。多年来,生物法生产2,3-丁二醇虽然得到了广泛的研究,但一直没有实现工业化。本文从产生2,3-丁二醇的菌种及2,3-丁二醇的生理意义、代谢途径、旋光异构体的形成机理、影响发酵的因素与产物的提纯等方面对生物法生产2,3-丁二醇进行了综述并提出了生物法生产2,3-丁二醇要解决的几个问题。     

芽胞杆菌发酵产2,3-丁二醇的研究进展及展望

综述了近年来利用芽胞杆菌生产2,3-丁二醇(2,3-BD)的研究进展,包括生产菌株的筛选、影响芽胞杆菌发酵2,3-丁二醇的因素、芽胞杆菌2,3-丁二醇代谢途径及调控等方面,并对其研究方向进行了展望。     

Improved 2,3-butanediol production from corncob acid hydrolysate by fed-batch fermentation using Klebsiella oxytoca

Corncob acid hydrolysate, detoxed by sequently boiling, overliming and activated charcoal adsorption, was used for 2,3-butanediol production by Klebsiella oxytoca ACCC 10370. The effects of acetate in hydrolysate and pH on 2,3-butanediol production were investigated. It was found that acetic acid in hydrolysate inhibited the growth of K. oxytoca while benefited the 2,3-butanediol yield. With the increase in acetic acid concentration in medium from 0 to 4 g/l, the lag phase was prolonged and the specific growth rate decreased. The acetic acid inhibition on cell growth can be alleviated by adjusting pH to 6.3 prior to fermentation and a substrate fed-batch strategy with a low initial acetic acid concentration. Under the optimum condition, a maximal 2,3-butanediol concentration of 35.7 g/l was obtained after 60 h of fed-batch fermentation, giving a yield of 0.5 g/g reducing sugar and a productivity of 0.59 g/h l.     

产酸克雷伯氏杆菌发酵产2，3-丁二醇的培养基优化

采用不同设计方法相结合的策略对耐高糖产酸克雷伯氏杆菌（Klebsiella oxytoca）ME—UD-3-4发酵产2,3-丁二醇的培养基进行优化。首先在单因素实验的基础上采用Plackett—Burrnan设计法对影响ME—UD-3-4发酵产2,3-丁二醇的相关因素进行研究,筛选到3种有显著效应的因素（P〈0．05）：葡萄糖、玉米浆和MgSO4·7H2O。然后利用响应曲面法（Response Surface Methodology,RSM）对这3种因素的最佳水平范围进一步探讨;对得到的回归模型进行分析,得最佳条件（g／L）：葡萄糖220、玉米浆19和MgSO4·7H2O 0．4;在最佳条件下,发酵80h,2,3-丁二醇产量从原来的57．3 g／L提高到86．1 g／L,生产强度由0．72g／（L·h）提高到1．08g/（L·h）。     

采用玉米秸秆水解糖和玉米浆发酵生产丁二酸

研究了以玉米秸秆水解糖为碳源,不同氮源条件下琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenesSF-9的丁二酸发酵产酸能力。结果表明玉米浆可以替代酵母膏作为丁二酸发酵的廉价氮源。厌氧摇瓶丁二酸发酵单因素试验,得到在初糖浓度50 g/L时,玉米浆的较佳用量为20 g/L。在5 L搅拌罐上,考察了不同初始玉米秸秆水解糖浓度对A.succinogenes SF-9发酵生产丁二酸的影响,结果显示高初始秸秆糖浓度对琥珀酸放线杆菌的生长有抑制作用。采用补料分批发酵,发酵60 h丁二酸的产量达到42.7g/L,丁二酸产率82.7%,生产强度0.81 g/(L·h)。丁二酸的产量和生产强度较分批发酵有明显提高。     

Production of 2,3-butanediol from wood hydrolysate byKlebsiella pneumoniae

2,3-Butanediol was produced at 12g/l (27% w/w yield) from the reducing sugars in wood hydrolysate byKlebsiella pneumoniae NRRL B-199. Ethanol was present at 4 g/l and acetoin at 0.4 g/l. Optimum conditions for a 48 h fermentation were pH 6.0, 30°C and 50 g reducing sugars/l. Adding 1% (w/v) malt extract to the medium-enhanced butanedlol production to 13.3 g/l (yield 29%) without changing ethanol production.

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Résumé On a produit 12 g/l de 2,3-butanediol (27% de rendement en poids) à partir des sucres réducteurs dans un hydrolysat de bois au moyen deKlebsiella pneumoniae NRRL B-199. L'éthanol était présent à raison de 4 g/l et l'acétoïne de 0.4 g/l. Les conditions optimum pour une fermentation de 48 h étainent les suivantes: pH 6.0, 30°C, et 50 g de sucres réducteurs par litre. L'ajout de 1% (p/v) d'extrait de malt au millieu accroît la production de butanediol jusqu'à 13.3 g/l (29% de rendement) sans changer la production d'éthanol.

     

Separation of 2,3-butanediol from fermentation broth by reactive-extraction using acetaldehyde-cyclohexane system

Biochemical 2,3-butanediol is a renewable material with the potential to be used as an alternative fuel. However, in the lack of an effective separation process has limited its industrial application. In this paper, an effective process was achieved to separate 2,3-butanediol by reactive-extraction. Acetaldehyde and cyclohexane were chosen as the reactant and extractant, respectively. Ion-exchange resin HZ732 was used as the catalyst. Reaction equilibrium and a kinetic study on the reaction between 2,3-butanediol and acetaldehyde were investigated to provide basic data for process development. The reaction enthalpy and activation energy of reaction of 2,3-butanediol and acetaldehyde were ?30.05 ± 1.62 KJ/mol and 45.29 ± 2.89 KJ/mol, respectively. Feasible conditions were obtained as follows: operating temperature = 20°C, acetaldehyde: 2,3-butanediol = 0.5:1 (w/w), cyclohexane: fermentation broth = 0.5:1 (w/w), catalyst amount = 100 g/L, stirring rate = 500 rpm and three-stage counter-current extraction method was used. Under these conditions, the total yield rate of 2,3-butanediol from fermentation broth was over 90% and the mass fraction of 2,3-butanediol in the final product reached 99%.     

2,3-丁二醇代谢途径关键酶基因敲除对克雷伯氏菌发酵产1,3-丙二醇的影响

2,3-丁二醇是克雷伯氏菌发酵产1,3-丙二醇的主要副产物,为减少2,3-丁二醇的产生,利用Red重组技术对克雷伯氏菌2,3-丁二醇合成途径关键酶基因budC和budA进行了敲除。突变株发酵性能实验结果表明,所获得的两株突变株生长性能受到不同程度的影响;budC基因的缺失使菌株1,3-丙二醇产量提高了10%,2,3-丁二醇降低为原来的70%,而budA基因缺失则使菌株无2,3-丁二醇和1,3-丙二醇的产生,但乳酸、琥珀酸、乙醇和乙酸的产量较出发菌株都有明显增长。通过进一步对budC基因缺失菌株主要产物分析,推测在该菌中存在2,3-丁二醇回补途径,这一结果为低副产物克雷伯氏菌的改造提供了新依据。     

补料分批发酵过程中两阶段发酵生产1,3-丙二醇

在补料分批发酵过程中提高比生长速率不仅减少乙醇、甲酸的生成,而且提高1,3-丙二醇的得率和比生产速率.发酵后期甘油的浓度在15～26 g/L时有利于提高1,3-丙二醇的生产.采取在发酵前期控制菌体较高比生长速率和发酵后期控制适宜甘油浓度相结合的策略,有效地提高了1,3-丙二醇的生产,降低副产物乳酸和乙醇的生成.