微生物发酵产丁二酸研究

《微生物发酵产丁二酸研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第一章文献综述1.1丁二酸的简介1.1.1丁二酸的简介丁二酸（Succinicacid）,化学名称为乙烷-1,2-二羧酸。其分子结构如图1-1所示。图1-1丁二酸的分子结构在常温的情况下，纯琥珀酸是固体，呈无色无味的晶体。它的熔点及沸点分别是185°C及235°C。它形成的阴离子称为琥珀酸根离子，是三羧酸循环其中的一分子，且是能够在以下化学反应中放出电子予电子传递链。琥珀酸已被美国FDA认定为GRAS（—般认为安全），这使得它可以用于多种用途。它是厌氧代谢的发酵产物之一琥珀酸广泛应用于医药、农药、染料

2、、香料、油漆、食品、塑料等行业，也可以作为C4平台化合物，合成一些重要的化工产品如丁二醇、四氢呋喃、丫-丁内酯、n-甲基毗咯烷酮（NMD）、2-吡咯烷酮等，全世界市场需求量超过276000t/a.另外，琥珀酸还可用来合成可降解的生物聚合物，如聚丁烯琥珀酸酯（PBS）和聚酰胺，这使琥珀酸的市场需求量高达27000000t/a,被美国能源部认为是未来12种最有价值的生物炼制产品之一。利用微生物发酵法转化可再生资源（葡萄糖，木糖等）生产琥珀酸，由于原料来源广泛且价格低廉，污染小，环境友好，且在发酵过程中可吸

3、收固定C02，能有效缓解温室效应，开辟了温室气体二氧化碳利用的新途径，近年來成为研究的热点［1_2］。1.1.2丁二酸制备方法的简介丁二酸的主要制备方法有：化学法和生物发酵法。1.1.2.1化学合成法丁二酸的化学合成方法主要有石蜡氧化法、轻油氧化法、催化加氢法、丁二腈水解法等。石蜡氧化法：传统的生产方法，石蜡在钙、锰催化下深度氧化得到混合二元酸氧化石蜡，后者通过热水蒸汽蒸馏，去除不稳定羟基汕溶性酸和酯后，水相中含有丁二酸，干燥后得到丁二酸的结晶。石蜡氧化法工艺比较成熟，但收率和纯度都不高，且有污染催化

4、加氢法：以顺丁烯二酸或顺丁烯二酸酐为原料，采用载有活性炭的镍或贵金属为催化剂，在大约130140°C,2—30X1051)a条件下催化加氢得到。顺丁烯二酸或顺丁烯二酸酐的催化加氢体系可分为多相和均相，其中多相催化体系又可分为气相催化加氢体系和液相催化加氢体系。催化加氢法是目前世界上用得最广泛的丁二酸工业合成方法，苏转化率高，产率高，产品纯度良好，无明显副反应，但操作条件要求较高，成木高，工艺复杂，且污染严重。电化学法：以顺丁烯二酸或顺丁烯二酸酐为原料，电解还原得到丁二酸。电解槽主要分为隔膜和无隔膜两种

5、，工作电极有铅、铅合金、石墨、不锈钢、铜、钦、二氧化钛电极等。电化学还原顺丁烯二酸合成丁二酸主要有两种方式：直接电还原和间接电还原。直接电还原是直接在电极表面由电子进攻双键或活性氢还原生成丁二酸。间接阴极电还原主要以Tii4+为媒质，间接还原顺丁烯二酸合成丁二酸[3]。1.1.2.2发酵法1.1.2.2.1发酵菌种丁二酸是一些厌氧和兼性厌氧微生物代谢途径中的井同中间物。一般情况下，丙酸盐生产菌、典型的冑肠细菌以及瘤冑细菌能够分泌丁二酸。据报道，一些乳酸菌(Lactobacillus)也能在特定的语养基

6、上不同程度地产生丁二酸。国外在20世纪90年代就开始发酵生产丁二酸的研究，目前报道的发酵产丁二酸的菌种主要Anaerobiospiriliumsucciniciproducens⑷、Actinobacillussuccinogenes[5]、Mannheimiasucciniciproducens[6]和重组E.coli[7_91,另夕卜还有如Corynebacteriumglutamicum、Mannheimiasucciniciproducens[101等菌种。由于天然菌株的产丁二酸能力非常低，发

7、酵产物多种多样，对糖或丁二酸的耐受性比较差，因此必须运用生物工程技术对现有的菌种进行改造[11]。1.1.2.2.2重组大肠杆菌产发酵丁二酸野生大肠杆菌产丁二酸的代谢途径：一般认为，野生型£coli在有氧环境中，琥珀酸仅作为TCA循环中的中间产物，没有积累；但在厌氧环境下，进行混合酸发酵（图1），并认为存在六条途径可以代谢生成琥珀酸（图2）。其中，琥珀酸主要的产生途径为葡萄糖经过糖酵解途经生成磷酸烯醇式丙酮酸，并进而代谢合成草酰乙酸、苹果酸、富马酸，最终以琥珀酸的形式积累。在此合成途径中，每1mol葡

8、萄糖生成2molNADH,生成1mol琥珀酸需要消耗2mol的NADH,面生成乳酸、甲酸和乙酸则只需消耗lmol的NADH甚至不需耍消耗NADH，因此，在野生大肠杆菌中，琥珀酸由于需要更多的还原力，积累很少。MalatefitmFumarate1/2GlucosePEPIdhALactateP7?6>PyruvateNADHNAD•CoAOAANADIIteNAD+FomateAcetyl-CoANAOIINAJD4-NADHAcetaldehydeAc