[发明专利]一种微生物发酵制备2;3-丁二醇的方法

说明书

本发明公开了一种微生物发酵制备2,3‑丁二醇的方法，包括（1）菌种培养：以MRS培养基进行乳杆菌的培养，获得乳杆菌种子液；以LB培养基进行克雷伯氏菌的培养，获得克雷伯氏菌种子液；（2）发酵培养：在发酵培养基中接入克雷伯氏菌种子液，进行微氧发酵，发酵过程中流加葡萄糖溶液使发酵体系中葡萄糖浓度控制在20g/L～40g/L；（3）发酵调控：在发酵末期将发酵液pH调至5～6，接入乳杆菌种子液，在低pH条件下进行好氧发酵。本发明方法能够有效脱除发酵液中葡萄糖的残留，有利于下一步双水相、精馏等精制方式的实施，适用于大规模生产应用。

技术领域

本发明属于生物化工领域，具体涉及一种微生物发酵制备2,3-丁二醇的方法。

背景技术

2,3-丁二醇可以作为一种潜在的平台化合物，替代传统的平台化合物，用于大规模合成甲乙酮（优良溶剂）和1,3-丁二烯（广泛应用于合成橡胶、聚酯和聚亚胺酯等领域）。除此之外，2,3-丁二醇还可用于制备油墨、香水、熏蒸剂、增湿剂、软化剂、增塑剂、炸药及药物手性载体等，2,3-丁二醇的氧化产物3-羟基丁酮和丁二酮可作为食用香料使用；同时，因其热值较高，与乙醇、甲醇相当，故可作为燃料添加剂；2,3-丁二醇酯化后可生成聚氨酯泡沫的前体；2,3-丁二醇与乙酸反应生成2,3-丁二醇二乙酸酯，该酯可加到奶油中改善风味；2,3-丁二醇在我国还被添加到白酒中，以改善白酒的风味。2,3-丁二醇脱氢变成双乙酰，双乙酰在食品工业中作为一种具有很高价值的风味剂。2,3-丁二醇的L型异构体可用于抗冻剂。2,3-丁二醇酯化物能作为制作药物和化妆品的前体。其它潜在的用途包括用于制作墨水、增塑剂、湿润剂。目前2,3-丁二醇的合成主要采用以石油裂解物为来源的化学法，但随着石油资源的大量消耗和不可再生资源价格的节节攀升，发展环境友好的生物基化学品的生物炼制技术已成为转变经济增长方式、保障生态链良性循环、实现经济社会可持续发展的战略需求。

微生物发酵制备2,3-丁二醇的过程中，通常以葡萄糖作为碳源。葡萄糖来源广泛，并且能够被众多微生物利用，目前作为通用碳源，广泛应用于各种发酵生产中。在以葡萄糖为碳源，经生物转化生产2,3-丁二醇过程中，除底物添加葡萄糖外，在发酵周期内还需要进行葡萄糖补加，因此葡萄糖的消耗量较大。由于添加的葡萄糖并不能完全被微生物利用，因此在发酵液中通常会产生部分残留，通常浓度为5g/L。残留的葡萄糖会对2,3-丁二醇产品分离提纯造成很大困难，主要表现在：葡萄糖水溶性好，通常与2,3-丁二醇共同存在与水相中，经常规的分离手段，难以高效脱除，从而影响2,3-丁二醇提取纯度；葡萄糖在加热条件下，易与蛋白类大分子反应，生成有色度物质，影响2，3-丁二醇的品质；目前高纯度的2,3-丁二醇是经过减压精馏获得，但葡萄糖在高温条件下会明显的结焦现象，从而减慢了2,3-丁二醇的蒸发速率，降低了2,3-丁二醇产品的收率。

由于发酵液中残留的葡萄糖难以有效去除，采用常规分离方式难以获得高纯度的2,3-丁二醇产品，因此近年来开发了双水相萃取技术、沸石吸附技术用于2,3-丁二醇产品的分离。CN200710010203.9公开了一种从发酵液中分离2,3-丁二醇的双水相萃取方法，其特征在于向2,3-丁二醇的发酵液中加入无机盐和亲水有机物形成新型双水相，从而达到萃取分离发酵液中2,3-丁二醇的目的。CN200810024865.6公开了一种利用疏水硅沸石吸附分离发酵液中2,3-丁二醇的方法，其特征在于将菌种发酵制得的2,3-丁二醇发酵液预处理后用疏水硅沸石对2,3-丁二醇进行吸附，吸附后用无水乙醇脱附，脱附液除去乙醇后得到2,3-丁二醇。这些工艺虽然能够通过不同方式，排除了葡萄糖对2,3-丁二醇分离过程的影响，但处理方式过程复杂，均不同程度的添加了有机溶剂，难以规模应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种微生物发酵制备2,3-丁二醇的方法。本发明方法能够有效脱除发酵液中葡萄糖的残留，有利于下一步双水相、精馏等精制方式的实施，适用于大规模生产应用。

本发明微生物发酵制备2,3-丁二醇的方法，包括以下步骤：