[发明专利]使用高甘油浓度的用于1,3‑丙二醇生产的连续培养

说明书

本发明申请是基于申请日为2010年5月5日、申请号为“201080019774.9”(国际申请号为PCT/EP2010/056078)、名称为“使用高甘油浓度的用于1,3-丙二醇生产的连续培养”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于1,3-丙二醇生产的新方法，包括在具有高甘油含量的培养基上培养微生物。本发明还涉及新的微生物，或微生物的菌株，其经适应用于从包含高甘油含量的培养基产生1,3-丙二醇。本发明还涉及“适应性微生物”，其丙三醇代谢定向于1,3-丙二醇产生，并且允许其在高浓度的工业甘油存在下生长。本发明还涉及通过本发明的方法产生的生物来源的1,3-丙二醇。最后，本发明涉及上述生物来源的1,3-丙二醇作为热塑性聚氨酯中的延伸链(extender chain)，作为聚对苯二甲酸丙二酯中的单体和作为化妆品配制剂中的组分的用途。

背景技术

1,3-丙二醇(PDO)是知晓时间最久的发酵产物之一。其早在1881年就由August Freund在明显含有巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)作为活性生物的丙三醇发酵混合培养中可靠地得到了鉴定。对产生PDO(亚丙基二醇，丙二醇)的不同肠细菌的发酵的定量分析早在1928年就在代尔夫特微生物学院(microbiology school of Delft)开始，并且在20世纪40年代在Ames,Iowa成功地继续。在20世纪60年代，兴趣转移到攻击丙三醇的酶，特别是丙三醇和二醇脱水酶，因为这些酶在需求辅酶B12方面很特殊。形成PDO的梭菌首次记载于1983年，作为从分泌丙三醇的藻类获得特别产物的方法的一部分(Nakas等,1983)。PDO是丙三醇发酵的典型产物，并且尚未在其他有机底物的厌氧转化中发现。只有非常少数的生物(其均为细菌)能够形成PDO。它们包括克雷伯氏菌属(Klebsiella)(肺炎克雷伯氏菌(K.pneumoniae))、肠杆菌属(Enterobacter)(成团肠杆菌(E.agglomerans))和柠檬酸杆菌属(Citrobacter)(弗氏柠檬酸杆菌(C.freundii))的肠细菌，乳杆菌(lactobacilli)(短乳杆菌和布氏乳杆菌(L.buchneri))，和丁酸梭菌和巴氏梭菌类的梭菌。

对发酵产物的分析显示，部分丙三醇转化成与这种不同类型的糖发酵中相同的产物，即乙酸、2,3-丁二醇、丁酸、乳酸、乙醇和琥珀酸。这种转化为生长提供了必需的能量，但是对于许多产物而言，在丙三醇向PDO的还原性转化中所用的还原当量也被释放。降低梭菌中PDO产量的丁酸形成在某种程度上与克雷伯氏菌属中的乙醇形成相当，但是其似乎更依赖于生长速率。丁酸随着稀释率迅速减少，即使是在不存在底物过量的情况下。在任何情况下，乙酸/丁酸比的改变对PDO产量(yield)没有很大影响。

PDO作为双官能有机化合物，能够潜在地用于许多合成反应，特别是作为产生聚酯、聚醚和聚氨酯的缩聚中的单体。PDO能够通过不同的化学途径产生，但是它们生成含有极具污染性的物质的废料流，因而生产成本高并且化学产生的PDO无法与能够通过石油化学获得的二醇如1,2-乙二醇、1,2-丙二醇和1,4-丁二醇竞争。因此，在过去PDO只能找到市场交易量可以忽略的特殊领域应用(niche application)。这是为何在1995年杜邦(Dupont)起动了葡萄糖生物转化为PDO的研究项目。尽管这种过程是环境友好的，但是其具有如下缺点：i)使用维生素B12，一种非常昂贵的辅因子和ii)因为生产菌株的不稳定性而是一种不连续的过程。由于从生物柴油工业流出的大量丙三醇的可用性，连续的过程、不用维生素B12以及较高碳得率会是有利的。

本领域已知PDO能够从甘油(glycerine)产生，甘油(glycerine)是生物柴油生产的一种不想要副产物，其含有混有盐和水的大约80-85％的丙三醇。

先前描述了丁酸梭菌能够在分批和两阶段连续发酵中生长并从工业丙三醇产生PDO(Papanikolaou等，2000)。然而，在最高丙三醇浓度下，以0.02h^-1的稀释率获得的最大PDO效价为48.1g/L，意味着0.9g/L/H的生产率。所述培养以补料培养基中最大丙三醇浓度为90g/L并在酵母提取物(本领域技术人员已知用于帮助增加细菌生物量产生的一种昂贵的含有有机氮的化合物)存在下进行。