丁酸梭菌1,3-丙二醇的過程模型化和優(yōu)化.pdf

1、1,3-丙二醇是一種重要的化工原料,它可以作為良好的溶劑和保護(hù)劑,其最主要的用途是作為聚酯、聚醚和聚氨酯等高分子材料的單體。目前,1,3-丙二醇主要由化學(xué)法生產(chǎn),化學(xué)法消耗了不可再生的有限資源,并造成了環(huán)境污染。近年來,生物轉(zhuǎn)化法以其利用可再生資源、對環(huán)境友好等特點(diǎn)日益受到人們的重視。丁酸梭菌能夠代謝甘油生產(chǎn)1,3-丙二醇,但目前大部分研究使用純甘油作為底物,成本較高。如果直接利用生物柴油副產(chǎn)物廢甘油來生產(chǎn)1,3-丙二醇,可大大降低生產(chǎn)

2、成本。本研究的目的是以廢甘油為底物,通過模型化與優(yōu)化丁酸梭菌發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的過程,建立一套降低成本、高生產(chǎn)能力的1,3-丙二醇生產(chǎn)方法。研究內(nèi)容分為三個(gè)部分:種子培養(yǎng)基優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、分批發(fā)酵過程優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。
　　 在種子培養(yǎng)基優(yōu)化實(shí)驗(yàn)部分,首先通過單因素實(shí)驗(yàn)確定種子培養(yǎng)基最適碳源氮源,然后通過個(gè)正交試驗(yàn)、最陡爬坡實(shí)驗(yàn)、響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定各因素的最優(yōu)水平。經(jīng)優(yōu)化,在搖瓶中種子培養(yǎng)14 h菌體生物量為1.95 g/

3、L,較優(yōu)化前的0.788 g/L提高了1.47倍。將優(yōu)化后的種子培養(yǎng)基培養(yǎng)14 h后接入發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)8 h進(jìn)行搖瓶發(fā)酵,得到菌體生物量0.960 g/L和1,3-丙二醇5.68 g/L,較優(yōu)化前的0.744 g/L和5.42g/L分別提高了29％和4.8％,優(yōu)化效果較為明顯。
　　 在發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化實(shí)驗(yàn)部分,采用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)耦合遺傳算法尋優(yōu)的方法對培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化,使用優(yōu)化后的發(fā)酵培養(yǎng)基在5 L發(fā)酵罐中分批培養(yǎng)1

4、4 h后,1,3-丙二醇濃度為33.0g/L、轉(zhuǎn)化率為0.553g/g、生產(chǎn)強(qiáng)度為2.36g/L/h,較優(yōu)化前分別提高了32.5％、7.17％和35.6％。
　　 在分批發(fā)酵過程優(yōu)化實(shí)驗(yàn)部分,首先通過單因素分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)確定適應(yīng)菌體生長的溫度、pH范圍,然后應(yīng)用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行兩階段分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn),最后利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)耦合遺傳算法對發(fā)酵過程進(jìn)行優(yōu)化,使用最優(yōu)發(fā)酵方案在5 L發(fā)酵罐中分批培養(yǎng)14 h后,甘油殘余量為4.9g/L,與37℃