弗托氏葡萄糖酸杆菌转化甘油生产二羟基丙酮的条件优化

摘要

1,3-二羟基丙酮（1,3-Dihydroxyacetone，DHA）一种具有很高商业价值的化学产品，主要是添加于化妆品中作为美黑剂，也能以医药合成前体和农药合成中间体等精细化工的原料投入使用。甘油作为微生物转化法合成二羟基丙酮的主要底物，在工业化合成二羟基丙酮过程中发挥重要作用。粗甘油作为生物柴油生产过程中的主要副产物，随着生物柴油产业的快速发展，粗甘油的产量也大幅度增加。粗甘油的开发利用能够降低生物柴油的市场价格降低，使能源危机得到缓解。
　　本文研究了弗托式葡萄糖酸杆菌以棕榈油生物柴油甘油为底物，生产二羟基丙酮的条件优化。对摇瓶发酵条件进行优化，30℃为最适温度，6.0为最适pH，200 rpm为最适摇床转速。对氮源和无机盐进行选择，选用氮源是牛肉膏，无机盐是碳酸钙。最后，利用响应面法优化发酵培养基，棕榈油甘油117.18g/L，牛肉膏15.05 g/L，CaCO33.27 g/L，DHA的产量达到最大，为80.13 g/L，其中DHA产量比优化前（64.62 g/L）提高了24％。5 L发酵罐放大实验，棕榈油生物柴油副产品甘油的初始浓度为140 g/L时，经过48h发酵，DHA产量达到112.38g/L，转化率为80.27%。研究了氧传质系数（kLa）对发酵生产DHA的影响。通过普通摇瓶与挡板摇瓶的对比，显示挡板摇瓶更有利于DHA的合成。摇瓶发酵产量从80.13 g/L提高到131.16 g/L，提高了63.68%。与响应面法优化前64.62 g/L相比提高了102.97%。不同kLa值条件下，发酵罐补料分批发酵结果也显示高kLa值更有利于DHA的合成。发酵罐产量从112.38 g/L增加至175.44 g/L，提高了56.11%。然后通过动力学分析，确定了氧是DHA的生产的主要影响因素。研究了静息细胞技术在弗托氏葡糖杆菌转化甘油生产DHA上的应用，实验了氧供应、pH、甘油浓度、接种细胞的菌龄和接种量对DHA产量的影响，确定使用挡板摇瓶，转速为220rpm，pH为5.0~6.0，甘油浓度为60~80g/L，接种细胞的菌龄为24~28h，接种量为1.5g/L时，DHA的转化率最高。研究了培养批次对静息细胞重复利用的稳定性。初始甘油浓度为60 g/L时，DHA的平均比生成速率和得率较高，在4批次循环培养中，DHA总产量为205.11g/L，体积产率4.28g/(L·h)，甘油平均转化率为85.46%。

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1 绪论

1.1 生物柴油及其副产品甘油概述

1.2 二羟基丙酮概况

1.3 甘油脱氢酶

1.4氧传质系数（kLa）

1.5 静息细胞技术

1.6 主要研究内容

2 响应面分析法优化棕榈油甘油生产DHA*

2.1引言

2.2 实验材料与方法

2.3结果与讨论

2.4 本章总结

3 氧传质系数(kLa)对棕榈油甘油发酵生产DHA的影响*

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章总结

4 静息细胞氧化活性的研究及1,3-二羟基丙酮的制备

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章总结

5 讨论

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果

致谢