生物转化法生产2,3-丁二醇的研究进展.pdfVIP

生物转化法生产2，3一丁二醇的研究进展 刘德龙张玉苍何连芳孙岩峰 (大连工业大学资源开发利用研究所) 【摘要】近年来2，3一丁二醇作为一种重要的化工原料与新型燃料而备受瞩目。但生物技术 生产2，3一丁二醇虽进行了多年的大量研究。一直没有实现工业化。本文从发酵菌株、代谢途径、 菌种改良、发酵底物、发酵工艺、分离纯化等几个方面论述近年来2，3一丁二醇的研究进展，同时 结合自己的一些工作指出目前生产中存在的一些问题并提出见解。 【关键词】生物法；2，3一丁二醇；生物质原料；生物转化 2，3一丁二醇(2，3-Butanediol，2，3-BD)。是一种非价值的液体燃料，随着石化资源的日益枯竭与油价的不 常重要的化工原料和液体燃料，其分子式为CH3CH断攀升，寻找新的能源替代品迫在眉睫。利用生物技术 (OH)CH(OH)CH3，具有两个手性分子，有3种同分法生产2，3一BD，既符合绿色化工的工业化要求，又可缓 异构体分别为L型、D型与内消旋型。其相对分子量为 解能源危机符合国家的能源发展战略，成为近年来生物 能源领域的新热点。 90．1219／tool，熔点23-27℃，沸点179-181℃，凝固点 为一60陀，相对密度1．045。常温下为无色无味透明的液 1 产2。3一BD的菌株 体，具有吸湿性，可与水混溶，溶于乙醇、乙醚。 2，3一丁二醇被广泛用食品、医药、建材、燃料以及 产2，3-BD的菌种主要有：克雷伯氏杆菌属(Ⅺeb． 航空航天等领域。如脱水产物甲乙酮，既可作树脂、油 漆等的溶剂，又因其不低于乙醇的燃烧值而被用作航空 航天燃料的添加剂；再进一步脱水可形成l，3一丁二烯， ter)等兼性厌氧菌。其中研究最多的当属克雷伯氏杆菌 可用于合成橡胶、聚酯和聚亚胺酯；酯化形式的2，3-BD属与芽孢杆菌属。克雷伯氏杆菌属的底物相当广泛(包 可以应用于药物、化妆品、洗液等；通过催化脱氢得到 括葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、纤维二 的双乙酰，是重要的高价值香料的食品添加剂；2，3一BD糖和乳糖)，虽相比芽孢杆菌属无法利用多糖，但它2， 除自身可作为单体来合成高分子化合物外，而L型的异 3-BD的产量是芽孢杆菌属的2倍，发酵也比较彻底，副 86％-95％ 构体可用作抗冻剂。如今它除了在燃料、炸药、香水、 产物尤其是乙醇的量很少，其产生的2，3-BD 药物载体等新领域展示了愈来愈重要的应用价值外，还 被用来制作油墨、熏蒸增湿剂、软化剂、增塑剂等。目 toca)与肺炎克雷伯氏杆菌(KlebiseU 前2，3一BD的生产方法有两种：化学法和生物法。化学底物广泛发酵工艺简单，适应能力强，受到大量关注， 法生产2，3一BD主要是在高温高压下水解四碳类碳氢化成为目前最具有工业潜力的菌种。而多粘芽孢杆菌属 合物得到的，但因其特殊的化学结构，工艺繁琐操作复 杂且成本较高难以实现工业化，这也是导致国内2，3一BD属菌强，但其一半的菌种含有淀粉酶和木聚糖酶而可以 的各项研究比较滞后的主要原因。 直接分解利用淀粉类物质，且其产生的2，3一BD约98％ 为D型，常用于制备手性2，3一BD。 国外对生物技术生产2，3一BD的研究较早，已有100 多年的历史且成果显著；国内研究虽起步较晚，但随着 2代谢途径 工业化生产的蓬勃发展，用途广泛的2，3一BD需求量逐 生物技术生产2，3一BD是一个以产生2，3一BD为主， 年递增，日益引起人们的关注。同时作为一种极具燃烧 2011