专利名称：一种以多乙烯多胺控制pH值，发酵制备1,3-丙二醇的方法1，3-丙二醇是一种重要的化工原料，可作为合成聚对苯二甲酸丙二醇酯的重要单体，以及合成杂环、药物等的中间体，还可作为溶剂用于油墨、印染、涂料、药物、润滑剂、抗冻剂等。目前，规模工业化生产1，3_丙二醇的方法为化学合成法，主要的生产厂家为 Dupont和Shel 1两家跨国公司，分别以环氧乙烷或丙烯醛为原料生产1，3-丙二醇，用于合成PTT纤维。然而，化学合成的缺点是副产物多，选择性差，操作条件需高温高压，设备投资大，原料为不可再生资源，且使用的原料如环氧乙烷或丙烯醛等具有一定的危险性。另外， 1，3_丙二醇还可以经淀粉、葡萄糖或甘油等生物发酵法得到，生物发酵法具有选择性高，操作条件温和等特点，使用的原料为淀粉、葡萄糖或甘油等可再生资源。近年来，随着石油、 煤、天然气等石化资源的日趋紧缺以及地球环境的日益恶化，以生物质工程技术为核心的绿色合成技术和生态材料的发展日益受到人们的重视，因此，用生物发酵法合成1，3_丙二醇是大势所趋。在用甘油发酵生产1，3_丙二醇的过程中，甘油作为唯一碳源和能源沿着氧化和还原途径发生歧化反应，氧化途径中产物与糖类发酵产物一致，并产生供细胞生长所必需的ATP，能将甘油转化为1，3-丙二醇的微生物主要包括克雷伯杆菌属、柠檬菌属及梭状芽孢杆菌属等。在甘油转化为1，3_丙二醇的厌氧发酵途径中，甘油除一部分形成生物量外， 其余沿着氧化和还原两条平行路径代谢。在氧化途径中，甘油在依赖于NAD的甘油脱氢酶 (⑶H)的作用下形成二羟基丙酮(DHA)，磷酸化后进入糖酵解途径，为微生物生长提供ATP 和NADH。在还原途径中，甘油在以维生素B12为辅酶的甘油脱水酶(⑶Ht)的作用下生成 3-羟基丙醛(3-HPA)，然后在依赖于NADH的1，3_丙二醇氧化还原酶(PDOR)的作用下形成产物1，3-PD0。在1，3-PD0的形成过程中，⑶H、⑶Ht和PDOR是关键酶，它们的活力与1， 3-PD0的产率密切相关。另一部分被丙酮酸甲酸裂解酶催化分解为乙酰CoA和甲酸，而乙酰 CoA在经乙酰磷酸形成乙酸。在发酵甘油生产1，3_丙二醇的过程中，乳酸和乙酸是两种最主要的酸性副产物，它们的形成不但消耗有效的碳源，使得甘油转化率降低，更由于它们在发酵液中的积累，使发酵液PH值降低，会对细胞的正常生理代谢形成毒害作用，因此在发酵过程中必需不断的流加碱液以维持发酵液的pH在一定范围内。传统发酵用氢氧化钾或氢氧化钠控制pH(王剑锋，刘海军，修志龙等.1，3丙二醇间歇发酵培养基的优化[J].食品与发酵工业，2001，27(8) :5 8)，形成的有机钾盐或钠盐，但是一定浓度的有机钾盐或钠盐也会抑制了菌体生长和相关酶的活性，当发酵体系中 1，3-丙二醇和有机盐到一定浓度时，会严重降低发酵速度和1，3-丙二醇的产出，使发酵不能正常进行，只能停止发酵，这样会使发酵周期长、生产强度低、甘油转化率低、并且发酵液中1，3_丙二醇浓度低，提取费用增大。目前用于1，3_丙二醇发酵液脱盐的方法有电渗析法、和离子交换树脂交换法等几种，电渗析法可以用于小分子物质的脱盐，但是发酵液中1，3_丙二醇的回收率不高(一般为85%左右)，能源消耗大；采用离子交换树脂交换法脱盐，可以将钾、钠离子交换吸附到树脂上，但是会使有机酸残留在处理液中，在后续分离时会产生副反应，影响1，3_丙二醇的收率和色泽，同时树脂再生时会产生较大量的废水，治理时产生一定的费用。(唐宇，龚燕，王晓林等.1，3丙二醇发酵液电渗析脱盐的中试研究[J].化工进展，2004，23(1) :84 87, D. M.阿克森，A. W.阿尔索普，T.T.阿姆斯等生物生产1，3丙二醇的存化CN1816629A).为了解决上述的问题，本发明在甘油发酵生产1，3_丙二醇过程中以多乙烯多胺来控制发酵液的PH值，形成分子量较大的多乙烯多胺乳酸盐或醋酸盐等，已减少副产物有机盐对发酵的抑制作用，使得甘油发酵速度快，生产强度高，最终发酵液中1，3_丙二醇浓度高；同时，由于生成的多乙烯多胺乳酸盐或醋酸盐等分子量较大，其分子尺寸也比相应的钠盐或钾盐相应增大，可以以纳滤膜过滤，使多乙烯多胺乳酸盐或醋酸盐等与发酵液其他小分子成份(如水、1，3_丙二醇和乙醇等)分离，使分离简单，大大降低了生产成本。
本发明的目的有两个其一，在以甘油为主要原料经发酵法生产1，3_丙二醇过程中，采用流加一种有机碱来中和发酵时产生的副产物乳酸或乙酸，控制发酵液的PH值，生成的有机碱乳酸盐或醋酸盐对甘油发酵生产1，3-丙二醇的过程影响较小，保持一定的发酵速率和生产强度；其二，与用氢氧化钠(钾)控制PH值时产生的乳酸钠(钾)、醋酸钠 (钾)相比，这种生成的有机碱乳酸盐或醋酸盐具有较高的分子量，不能通过一定尺寸的纳滤膜，可以用纳滤膜将其从发酵液中分离，使1，3_丙二醇分离提取简单，降低生产成本。为实现上述目的本发明采用如下技术方案一种以多乙烯多胺控制pH，甘油发酵制备1，3_丙二醇的方法，其特征在于在1， 3-丙二醇的生产中过程中通过流加多乙烯多胺水溶液来调节发酵液的PH值，并且在发酵结束后，用纳滤膜除去多乙烯多胺有机酸盐，其具体工艺过程如下(1)种子制备取克雷伯杆菌接入种子培养基中，在温度30 40°C，搅拌速率 80 IlOrpm条件下培养8 15h，转入二代培养基中，在pH为7. 5 9. 0，温度30 40°C 的条件下，培养5 12h，制备二级种子，备用；(2)发酵培养将发酵液装入发酵罐内，装载量为50-85%，将步骤(1)制备的二级种子接入其中，接种量为2 20%，然后通入氮气或者空气，通气量为0. 1 0. 5vvm，在发酵液的初始pH值7. 5 9. 0，温度30 40°C，搅拌速率80 IlOrpm条件下进行发酵，制备1，3-丙二醇，发酵过程中通过流加多乙烯多胺水溶液来控制发酵液的pH值为6 8，待甘油降至一定浓度时补加甘油，待不产酸时停止发酵；(3)多乙烯多胺有机酸盐脱除a、在发酵完成后，用常规过滤法将菌体与发酵液分离，得到透明的水溶液；b、将上述透明的水溶液用一定孔径的纳滤膜过滤；C、当收集的过滤液达到母液的80%左右时，开始向纳滤膜内缓缓添加蒸馏水，蒸馏水的添加量为母液的20%左右，得到高纯度1，3_丙二醇的水溶液，4其中，种子培养基在IOOOml蒸馏水中，加入酵母膏1. 5-2. 5g、 MgS04 · 7Η200· 15-0. 25g、柠檬酸 0· 40-0. 44g、KH2P04 2. 5-3. 5g, NH4Cl 1. 5-2. 5g、CaCl2 0. 08-0. 12g、甘油^_32g、无机离子溶液1. 5-2. 5ml进行混合作为种子培养基；发酵培养基在IOOOml蒸馏水中，加入酵母膏0. 5-1. 5g、MgS04 ·7Η200. 15-0. 25g、 柠檬酸 0. 40-0. 44g、KH2PO4 0. 5-1. 5g、NH4Cl 5. 3-5. 5g、CaCl2O. 08-0. 12g、甘油 38_42g、无机离子溶液1. 5-2. 5ml、MnCl2 0. 01-0. 012g混合制得发酵培养基；无机离子溶液为在IOOOml蒸馏水中，加入以下物质配制而成 ZnCl2O. 65-0. 70g, MnCl2 10. 10-10. 20g, H3BO3 0· 05-0· 07g、CuCl2 0· 45-0. 50g、FeCl3 5. 2-5. 6g、CoCl2 ll-15g、(NH4)6Mo7O24 · 4H20 0. 23-0. 27g,3mol/LH2S04 18_22ml。所述的以多乙烯多胺控制pH，发酵制备1，3-丙二醇的方法，其特征在于，多乙烯多胺具有如下的结构式
本发明公开了一种以多乙烯多胺控制pH值，发酵制备1,3-丙二醇的方法，将克雷伯杆菌接种到种子培养液中，在一定的条件下进行种子培养，将培养好的种子培养液接种到装有发酵液的发酵罐里，发酵液装载量为50-85%，在一定的条件下进行发酵培养，生成1，3-丙二醇，发酵过程中以流加多乙烯多胺水溶液来调节发酵液的pH值，生成的副产物有机盐用纳滤膜截留除去。本发明方法可显著提高1,3-丙二醇的生产强度、转化率和在最终发酵液中的浓度；同时，在脱盐步骤中，除盐工艺操作简单，提取时1,3-丙二醇的损失少，得率高，生产费用低；上述工艺，可以明显降低1,3-丙二醇的生产成本，易于工业化生产。