[发明专利]1,3-丙二醇的生物膜固定化发酵法

说明书

技术领域

本发明涉及一种1,3-丙二醇的生物膜发酵法，具体涉及1,3-丙二醇的生物膜固定化发酵法。 

背景技术

1, 3-丙二醇是一种重要的化工原料，与乙二醇、1, 2-丙二醇和1, 4-丁二醇有着相似的性质和用途，但又有许多其他二醇所不具备的优点。1, 3-丙二醇可作为单体通过缩聚反应生产聚酯、聚醚和聚胺酯；PDO还可以用做良好的溶剂、抗冻剂、保护剂；还可用作增塑剂、洗涤剂、防腐剂、乳化剂的合成，也可作为产品中的组分如化妆品、打印机墨水、清洁剂、稳定剂和燃料电池燃料等的添加剂来提高产品的性能。可作为二醇中间体用于合成杂环、药物；1, 3-丙二醇还可以替代1, 4-丁二醇和新戊二醇等中间体用于生产多醇聚酯以及作为碳链延伸剂。1, 3-丙二醇最重要的应用是可作为合成聚酯聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)的重要单体，具有很大的市场潜力。 

1,3-丙二醇可以采用化学合成方法获得，也可以通过微生物发酵法获得。化学合成法是以石油产品为原料，工艺要求严格、操作条件苛刻、设备投资大、副产物多、产品提取难度大、三废处理成本高。微生物发酵法生产PDO以可再生资源为原料，而且，其生产成本已具备和化学法竞争的能力，符合未来发展趋势，因此，微生物发酵法生产1,3-丙二醇引起了世界各国的重视。微生物发酵法可以利用葡萄糖为原料，也可以利用甘油为原料。由于近年来生产柴油的发展，甘油成为一种过剩资源，因此，基于甘油的1,3-丙二醇发酵具有更多优势。 

与游离细胞发酵相比，固定化细胞发酵具有一系列优点：1）可以获得更高的细胞浓度；2）更高的生产强度；3）更好的遗传稳定性；4）发酵液中菌体含量少，有利与产品的分离纯化；5）在高稀释率时，不会产生洗脱现象。对于1,3-丙二醇发酵，需要变速流加甘油来获得更高的产物浓度，由于甘油的在线检测难度大，甘油的流加速度很难控制，而固定化发酵是一种稳态化的发酵过程，甘油的流加基本可以做到匀速流加，使得生产控制更为方便。 

传统的细胞固定化方法一般是采用凝胶包埋的方式，这种固定化方法由于存在很大的传质阻力，无法获得高的产物浓度而不具有工业化应用潜力，另外，凝胶包埋固定化细胞制备过程容易受到污染，成为另外一个限制其产业化应用的瓶颈。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供1,3-丙二醇的生物膜固定化发酵法。该方法采用以下反应器系统：发酵罐外连通有至少一个填充有纤维载体的生物膜反应器，且生物膜固定化反应器体积为发酵罐体积的5~30%，发酵方法包括以下步骤： 

1）    发酵罐内装入培养基，同生物膜反应器一起灭菌；

2）    培养基冷却至接种温度，接入菌种Klebsiella pneumoniae；

3）    通过泵输送使得发酵液不断通过生物膜反应器并返回至发酵罐；

4）    不断从反应系统中收获发酵液并补充新鲜物料。

固定化细胞发酵是一种常见的发酵方式，通常固定化是采用包埋法或吸附法，这些方法都有一些局限。Klebsiella pneumoniae具有较强的粘附性生长趋势，进而形成一种膜状结构。生物膜的概念在医学、环保等领域已广泛应用，细菌生物膜是细菌为了适应生存环境黏附于非生物或活性组织表面，并包被于自身产生的黏液性不均一聚合基质中，形成一种与浮游细菌不同生长方式的细菌群，由细菌和自身分泌的胞外基质组成，相对与悬浮生长的细胞，生物膜中的微生物具有更好的耐受性，但是，在发酵工业中，尚未出现生物膜的应用。本课题组通过进一步研究发现，由Klebsiella pneumoniae形成的菌膜具有生物膜的一些特点，如具有更好的耐受性，相对于游离细胞，形成膜的Klebsiella pneumoniae可以获得更高的1,3-丙二醇发酵浓度。 

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：