论文总字数：19278字

摘 要

1，3-丙二醇(1,3-propanediol)是当今化工产业中应用潜力大，资源量广泛的重要原料，近年来，随着1，3-丙二醇在合成聚酯聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)的单体方面显现出巨大的作用，引起了科研工作者的巨大兴趣。相较于化学法，生物法有成本低，绿色环保，条件温和的优势。

本论文主要的研究内容：(1)对实验室保藏的克雷伯氏肺炎菌进行发酵性能研究，确定发酵液中1，3-丙二醇、甘油、菌体量的测定方法。(2)对克雷伯氏菌的几个关键发酵条件如甘油的初始浓度、氮源、发酵温度、Mg² 进行优化研究。(3)以优化得到的条件在5L发酵罐对克雷伯氏菌进行补料分批发酵。

本论文实验结论:试验后优化得到最佳发酵条件如下：发酵温度为30℃、酵母粉0.5 g/L、MgSO₄·7H₂O 1.6 g/L、初始甘油40 g/L。

关键词：1，3-丙二醇 甘油 发酵条件优化 克雷伯氏菌

ABSTRACT

Nowadays ,1,3-propanediol (1,3-propanediol) is an important raw material with great application potential and wide resources in chemical industry. In recent years ,1,3-propanediol has played a great role in the synthesis of polyester poly (propylene terephthalate)(PPT) monomer, which has attracted great interest of researchers. Compared with chemical method, biological method has the advantages of low cost, green environmental protection and mild conditions.

The main research contents of this paper :(1) To study the fermentation performance of Klebsiella pneumoniae in laboratory, and to determine the determination method of 1,3-propanediol, glycerol and bacteria in fermentation broth. (2) Several key fermentation conditions such as initial concentration of glycerol, nitrogen source, fermentation temperature and Mg² of Klebsiella pneumoniae were optimized. (3) Klebsiella pneumoniae was fed in batches 5L fermentation under optimized conditions.

The optimum fermentation conditions were as follows: fermentation temperature was 30℃、yeast powder 0.5 g/L、MgSO₄·7H₂O 1.6 g/L、initial glycerol 40 g/L.

Key words: 1,3-propanediol; glycerol; fermentation conditions optimization; Klebsiella pneumoniae

目 录

摘 要 I

ABSTRACT i

第一章 绪论 1

1.1 1，3-丙二醇的性质和用途 1

1.2 1，3-丙二醇的生产现状 2

1.3 1，3-丙二醇的生产方法 3

1.3.1 化学合成法 3

1.3.2 微生物发酵法 4

1.4 1，3-丙二醇发酵工艺现状 5

1.4.1 1，3-丙二醇的发酵菌种 5

1.4.2 克雷伯氏菌的生物代谢途径 6

1.5 本课题研究的目的和意义 7

第二章 实验材料与方法 9

2.1 主要实验材料 9

2.1.1 发酵菌种 9

2.1.2 实验常用试剂 9

2.1.3 仪器设备 10

2.1.4 试剂配制 10

2.2 实验步骤和方法 10

2.2.1 种子活化及摇瓶种子培养 11

2.2.2 厌氧瓶发酵培养 11

2.2.3 发酵罐发酵 11

2.3 底物和产物的测定分析 11

2.3.1 生物量测定方法 11

2.3.2 发酵液成分的测定 11

第三章 发酵条件的优化 13

3.1 实验材料 13

3.2 试验方法 13

3.2.1 碳源甘油初始浓度的单因素实验 13

3.2.2 氮源酵母粉的单因素实验 14

3.2.3 发酵温度的单因素实验 15

3.2.4 Mg² 浓度的单因素实验 16

3.3 条件优化小结 17

3.4 5L发酵罐发酵 18

3.4.1 发酵结果分析 18

第四章 结论 19

第五章 展望 20

致 谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1，3-丙二醇（1,3-propanediol，1,3-PD）是已知的最古老的发酵产品之一。早在1881年，August Freund 在含有巴氏梭状芽孢杆菌（Clostridium Pasteurella）作为活性生物的甘油发酵混合培养物中就可靠地鉴定出了它^[1]。1，3-丙二醇的应用非常广泛，特别在医药化工领域中，其可众多单体，包括聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT），聚醚，聚氨酯和杂环化合物的单体，由此引起全世界的关注^[2]。考虑到这几十年来传统聚合物产品对环境的污染，生物转化化学物质的生物生产已引起研究人员的兴趣。微生物发酵也被认为是获得1，3-丙二醇生物产物的一种预期途径。本章将对1，3-丙二醇的性质、用途、生产方法进行描述。

1，3-丙二醇的性质和用途

1，3-丙二醇在常温下无色、有微甜味、低毒、可燃，具有吸湿性的黏稠液体。极性大，可溶性强，能与水及有机溶剂乙醇、乙醚混溶。

表1-1 1，3-丙二醇的常见物理性质

图1-1 1，3-丙二醇的分子结构图

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