克雷伯氏菌利用甘油合成1,3-丙二醇的研究文献综述

 2021-10-25 21:04:52

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文 献 综 述1.研究背景1.1甘油甘油,又名丙三醇(Glycerol),是一种无色无毒的透明粘稠液体,可与水任意比例混溶,天然存在于烟草、啤酒、葡萄酒、可可中,可通过天然油脂或者丙烯合成生产。

从20世纪80年代开始,随着生物柴油等的发展,其副产物甘油大量积累,国际市场甘油过剩,甘油价格大幅度下跌,以甘油为底物利用微生物的代谢生产1,3- PD逐渐进入人们的视野。

1.21,3-丙二醇1,3-丙二醇(1,3-propanediol 1,3-PD)无色无味的粘稠液体,是一种重要的化工原料,在食品、医药等方面有重要应用,可作为溶剂、抗冻剂、保护剂和润滑剂使用[1],尤其作为单体与对苯二甲酸进行缩聚反应,生成具有更佳性能的聚酯聚对二苯甲酸丙二醇(PTT)[2]。

与其他聚酯材料如PET(聚对二苯甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对二苯甲酸丁二醇酯)相比,PTT因具有良好的弹性、耐污染性、良好的着色性和良好的生物降解性等受到越来越多的关注[3],随着PTT市场的逐步打开,1,3-PD的需求会不断的增加,应用更加广泛,为1,3-PD的大规模生产展示了美好的前景,因此开发低成本的1,3-PD生产技术已经成为化纤行业关注的焦点[4]。

现阶段1,3-PD的生产方法主要是化学合成,而微生物发酵法现在还处于小试实验阶段,限制其发展的主要原因是野生型菌株产量低且提取困难[5]。

化学法合成1,3-PD的主要方法有环氧乙烷法和丙烯醛法[6],微生物发酵法产1,3-PD是通过微生物自身的代谢途径将甘油和葡萄糖转化为1,3-PD的方法[7]。

1.3生产1,3-丙二醇的菌种现已发现,自然界中能够以甘油为底物转化为1,3-丙二醇的菌种主要有肠道细菌的克雷伯氏肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae)、产气克雷氏菌(Klebsiella aerogenes)、弗氏柠檬酸菌(Citrobacter freundii),乳酸菌属的短乳杆菌(Lactobacilli brevis)和布氏乳杆菌(Lactobacilli buchneri),梭菌属的丁酸梭状芽孢杆菌(Clostridia butyricum)和巴氏梭状芽孢杆菌(Clostridia pasteurianum)[8][9],其中克雷伯氏肺炎杆菌、弗氏柠檬酸菌和丁酸梭状芽孢杆菌是研究最深入的且1,3-PD产量和底物转化率及生产强度较高的三株菌[10]。

这里以克雷伯氏菌为例介绍生物转化甘油生产1,3-PD的主要代谢途径。

2.微生物甘油发酵的代谢途径克雷伯氏菌能够以甘油作为唯一碳源和能源物质,经自身代谢途径生成1,3-PD。

由图1可知发酵液中除目的产物1,3-PD以外,还可能有副产物1,2-丙二醇、琥珀酸、乳酸、乙醇、醋酸、2,3-丁二醇等,但浓度相对较低。

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