產酸丙酸桿菌發(fā)酵生產丙酸過程優(yōu)化與控制研究.pdf

1、作為一種重要的C3平臺化合物，丙酸及其衍生物的用途十分廣泛，可應用于有機合成、食品、飼料、香料、涂料、染料、醫(yī)藥等方面。目前，丙酸的工業(yè)化生產方法為化學合成法，隨著化石燃料的價格上漲以及人們對綠色、健康的生物來源的化學品的追求，發(fā)酵法生產丙酸受到越來越多研究者的關注。
　　 本論文以一株能在胞外大量積累丙酸的產酸丙酸桿菌(Propionibacterium acidipropionici)為生產菌株，以丙酸的高產量、高得率和高生

2、產強度為目標，對丙酸的發(fā)酵過程進行了一系列的優(yōu)化。主要研究結果如下：
　　 (1)采用逐級傳代的方式，通過逐漸提高選擇壓力（丙酸濃度）的方法來提高P．acidipropionici的耐酸性能。經過近一年的適應性進化，獲得可耐受20g/L丙酸的進化菌株(出發(fā)菌株可耐受的丙酸濃度為2.5g/L)。20g/L甘油分批發(fā)酵條件下，和出發(fā)菌株相比，發(fā)酵時間縮短了14.3％，菌體干重提高了23.1％，丙酸產量提高41.1％，生產強度提高65

3、％。對進化菌株與出發(fā)菌株的胞內微環(huán)境研究顯示，進化菌株能荷水平提高100％，氧化還原水平提高16.5％,H+-ATPase活性提高52.7％。
　　 (2)優(yōu)化得到了搖瓶培養(yǎng)條件下，丙酸發(fā)酵的最佳營養(yǎng)及環(huán)境條件：酵母粉10g/L，蛋白胨5g/L，甘油20g/L，CoCl210mg/L，接種量10％，溫度30℃。
　　 (3)在7L發(fā)酵罐上對丙酸發(fā)酵的培養(yǎng)模式進行了研究，考察不同甘油濃度下丙酸分批發(fā)酵過程，發(fā)現(xiàn)僅通過分批培

4、養(yǎng)難以實現(xiàn)細胞和丙酸高產量、高得率和高生產強度的統(tǒng)一。脈沖補料、恒速流加培養(yǎng)方式都可以實現(xiàn)丙酸菌細胞和丙酸的高產。綜合比較來看，初始甘油濃度為30g/L,72h-120h恒速流加濃度為400g/L的甘油溶液，流速控制為0.01L/h時最適合丙酸的發(fā)酵，發(fā)酵220h，細胞干重為4.46g/L，丙酸產量達44.62g/L。
　　 (4)將最優(yōu)培養(yǎng)模式在101113罐上進行發(fā)酵中試，最高丙酸產量達到47.28g/L，較7L罐提高了6％

5、，發(fā)酵周期為240h，較7L罐延長20h，說明該流加模式有較好的應用性，可在工業(yè)化生產的規(guī)模上實現(xiàn)丙酸發(fā)酵的高產量。
　　 (5)對目的產品丙酸鈣的提取進行研究發(fā)現(xiàn)，將發(fā)酵液經過70℃保溫10min能降低發(fā)酵液的粘度，提高過濾的效率；將不同粗細的硅藻土復合使用作助濾劑效果最佳，在直徑為10cm的布氏漏斗上，先加1g細硅藻土做濾餅，另外1g粗硅藻土加入經過保溫的發(fā)酵液中，混合均勻后真空泵抽濾，不僅過濾時間短，而且過濾效果好；將過濾