专利名称：一种中间代谢物反馈控制底物浓度生产1，3-丙二醇的方法
技术领域：
本发明属于化工原料生产领域，涉及一种生产1，3-丙二醇的方法，具体涉及一 种通过中间代谢物中和剂的消耗量反馈控制底物(碳源)浓度的生产方法。
技术背景1， 3-丙二醇是一种重要的化工原料，它可作为抗冻剂、多种增塑剂、洗涤剂、 防腐剂和乳化剂的合成原料，也可用于食品、化妆品和制药等行业。它最主要的用 途是作为单体合成聚酯PTT (对苯二甲酸丙二醇酯)，PTT是一种高性能、易加工的 新型热塑性聚酯材料，具有优异的弹性复性和低温染色性能。近年来PTT广泛应用 的优良市场前景，大大促进了 1,3-丙二醇生产方法的研究。我国是聚酯生产大国， 但大部分原料依靠进口，目前国内还没有实现l，3-丙二醇大规模工业化生产。1，3-丙二醇的发酵过程中，几乎都采用批式发酵。在这种生产过程中，维持一 定的底物(甘油或甘油及辅助碳源葡萄糖或蔗糖)浓度对于1， 3-丙二醇的积累非常 重要。这是由于发酵过程中如果底物浓度过高，则会产生底物抑制，影响微生物生 长，因此需要将底物浓度控制在一个恒定的范围， 一般都是较低的水平。为了实现以上的目标， 一般采用补料发酵，即在发酵开始时加入适量的底物(葡 萄糖及甘油)，然后以某种方式补加底物，以维持底物浓度在适宜的范围内，使之 既不产生底物抑制(《现代化工》2002年第22巻第7期《1， 3-丙二醇发酵过程中 底物抑制及其对策的研究》赵红英、张健、刘宏娟、向波涛、刘德华)，也不缺乏。 补料发酵按补料方式可以分为程控补料(动力学模拟方程)和反馈补料，包括间歇 补料和连续补料，连续补料又可分为恒速、指数流加(《食品与发酵工业》2004年 第30巻第7期《指数流加模型在乙醇气提发酵工程中的应用研究》张君、唐昌平、 刘德华、刘宏娟)和变速流加(《现代化工》2002年第22巻第7期《1， 3-丙二醇 发酵过程中底物抑制及其对策的研究》赵红英、张健、刘宏娟、向波涛、刘德华)， 已经广泛应用于工业生产中。虽然这些补料的方法都是为了消除底物的抑制或缺 乏，控制菌体的比生长速率，提高目的产物的产量以及实现细胞的高密度培养。但 是对于程控补料来说，由于发酵生产的多变性，各批次之间有差异，所以难以将发 酵过程中底物浓度控制在恒定的范围内。而对于反馈控制，由于没有底物(甘油及辅助碳源葡萄糖、蔗糖)浓度在线监 测的电极，都是采用取样离线测量，而底物浓度测量一般都会延迟30 60min。这 种方法很难实时将底物浓度准确的控制在一个较小的范围
发明内容
鉴于现有生产1， 3-丙二醇方法在补料时具有延迟性、盲目性、影响生产控制、 使得发酵产量低的缺陷，本发明的目的在于克服这些缺陷，提供一种可以实时控制 发酵过程、提高发酵产量的生产l，3-丙二醇的方法。本发明另一目的在于提供使用上述方法生产1,3-丙二醇的中间代谢物反馈控 制底物浓度流加系统。本发明提供的一种中间代谢物反馈补料生产1，3-丙二醇的方法，在兼性厌氧发 酵过程中，利用底物消耗量和碱消耗量之间的函数关系，通过测定碱消耗量来控制 底物的加入量，从而实时控制发酵液中底物浓度在一个设定的范围内，具体包括如 下步骤1) 将菌种制得的种子液接入发酵罐的培养基中开始发酵；2) 利用pH电极监测发酵液的pH值变化，当体系pH下降到发酵液的pH设 定值以下，通过一pH控制系统控制碱溶液加入，直至发酵液的pH回升至 设定值；3) 将碱溶液消耗量传递给一底物控制系统，底物控制系统根据底物消耗量 与碱消耗量函数关系计算补底物量，控制补底物加入量，使发酵液中即时 底物浓度回升至预控恒底物浓度；4) 重复步骤2)和3)，发酵32h至l， 3-丙二醇浓度达到最大值，取样检 测1， 3-丙二醇浓度。所述的底物消耗量和碱消耗量之间的函数关系式为 Y=AX其中，Y为底物消耗量，X为碱消耗量，A为系数，A的取值与发酵菌种和发酵 初始条件有关，通过预试验确定；补底物量=(预控恒底物浓度-即时底物浓衝x即时发酵液体积， 补底物量=补底物溶液体积x补底物溶液浓度即时底物浓度=初底物浓度x初始体积+已补入底物体积x底物浓度-AX发随柳台体积+ +已补入g，g二，醒碱液密度 底物溶液密度即时发酵液体积发酵液初始体积+^^+己补入;g，g;^物浓度碱液密度 底物溶液密度其中，所述菌种是克雷伯氏肺炎杆菌A7e/;w'eWa p/ e咖o/7he;发酵培养基中 接种量为5 20%;发酵起始底物浓度为5 20g/1，优选20g/l;发酵温度为37。C; 发酵底物为甘油、或甘油与葡萄糖或蔗糖的混合物。 所述的补底物为甘油、或甘油与葡萄糖或蔗糖的混合溶液，发酵液中预控恒底 物浓度为10 30±5g/l。所述的发酵液的pH设定值在6. 8 7. 5之间；所述的碱为氢氧化钾或氢氧化钾与氨水的混合溶液。所述的碱消耗量和底物的消耗量通过天平称量，或者通过流量计测量。本发明利用上述方法生产1, 3-丙二醇的中间代谢物反馈控制底物浓度流加系 统，包括发酵罐、温度电极、pH电极、pH控制系统、由碱溶液罐和碱溶液输送泵 组成的碱溶液输送系统、底物控制系统、由底物溶液罐和底物溶液输送泵组成的底 物输送系统，所述的温度电极和pH电极感应端置入发酵罐中发酵液液面以下，pH 电极连接pH控制系统，再连接碱溶液输送泵，碱溶液输送泵的液体吸入端置于碱 溶液罐的液面以下，底物溶液输送泵和碱溶液输送泵的液体输出端置于发酵罐中发 酵液液面以上，底物溶液输送泵的液体吸入端置于底物溶液罐的液面以下，碱溶液 输送系统与底物控制系统信号连接，底物输送系统与底物控制系统信号连接。其中，还包括一底物溶液称量装置和一碱溶液称量装置，所述碱液称量装置置 于碱溶液罐的下方，并与底物控制系统信号连接，所述底物溶液称量装置置于底物 溶液罐的下方，并与底物控制系统信号连接。所述碱溶液输送泵和底物溶液输送泵各装设流量计，所述流量计分别与底物控 制系统信号连接。所述的pH控制系统和底物控制系统通过人工、单片机或者电脑实现。 与现有技术相比，本发明提供的反馈补料生产1，3-丙二醇方法的优益之处在 于通过监测中间代谢物中和剂的消耗量，能够较准确的反馈控制发酵液中的底物 浓度，从而提高产物1， 3-丙二醇的产量。在发酵过程中可以通过采用单片机或者电 脑控制，自动或手动操控，投资小，操作简单，适合于工业化生产。
图1为本发明一种中和剂反馈控制底物浓度系统示意图；图2为图1所示系统进行中和剂反馈控制原理示意图；图3为本发明另一种中和剂反馈控制底物浓度系统示意图；图4为图3所示系统中和剂反馈控制原理示意图；图5为实施例1中发酵体系中底物随时间补加量图；图6为实施例2中发酵体系中底物随时间补加量图。
具体实施方式
下
概括而言，本发明提供的反馈补料生产1、 3-丙二醇的方法，包括常规制备种子的方法，然后进行发酵培养。在发酵时，利用中间代谢物中和剂消耗量和底物消 耗量之间的函数关系，通过加入中间代谢物中和剂消耗量反馈联动加入底物的量来 控制底物浓度，使发酵液中的底物(甘油)浓度在一定的范围内，既不产生底物抑 制，也不缺乏。本发明采用生物发酵的方法生产1，3-丙二醇，用克雷伯氏肺炎杆菌制备种子， 然后进行兼性厌氧发酵。发酵过程中会产生中间代谢物有机酸，从而引起发酵液pH 的下降，为了维持稳定的pH，需要中和剂碱来中和产生的有机酸，中和剂(碱溶液) 的消耗量和底物(甘油及辅助碳源葡萄糖、蔗糖)的消耗量具有非常好的线性关系， 通过加入中和剂消耗量反馈联动补加底物的量来控制底物浓度，使发酵液中的底物 浓度在预设的范围内，既不产生底物抑制，也不缺乏。本发明中和剂碱溶液的消耗量和底物的消耗量之间的函数关系为Y=AX其中，Y为底物消耗量，X为碱消耗量，A为系数，A的取值与发酵菌种和发酵 初始条件有关，在确定的发酵菌种和发酵初始条件下，通过小规模实验测定发酵过 程中底物消耗量和碱消耗量，绘制Y与X的关系曲线，其斜率数值即为系数A;补底物量=(预控恒底物浓度-即时底物浓衝x即时发酵液体积，补底物量=补底物溶液体积x补底物溶液浓度曰n b叶[^物竑许一初底物浓度x初始体积+已补入底物体积x底物浓度-AX 即时底物浓度- 底物体积x底物浓度nw 碱液密度 底物溶液密度即时发酵液体积=发酵液初始体积++已补入!^，S^S物浓度碱液密度 底物溶液密度G主发酵液中原料的消耗体积与产生的新物质的体积基本相同)以上式中，X、 A的含义与前相同。其中，式四和式五中，初底物浓度、体积、发酵液初始体积、碱液密度、补加底物浓度等均为预设值，X为操作中实际测量值； 式二中预控恒底物浓度是预设值，通过式四计算得到的即时底物浓度和式五计算得 到的即时发酵液体积来计算得到补底物的量(重量)，通过称重控制底物的补加量； 也可以将式二计算的补底物量代入式三中，在补底物溶液浓度已知的情况下，计算 得到补底物溶液的体积，通过流量泵控制底物的补加体积。本发明生产1，3-丙二醇中的中间代谢物反馈控制底物浓度流加系统，主要为获 取碱溶液的加入量数值和控制底物的加入量。其中一种实施方式请参考图1及图2
所示包括一发酵罐l; 一温度电极5; — pH电极6及与其相连的pH控制系统7; 一碱溶液罐4，与其相连的碱溶液输送泵9-2，以及碱溶液称量装置3-2; —底物溶 液罐2，与其相连的底物溶液输送泵9-l，底物溶液称量装置3-l，以及一底物控制 系统8;温度电极5和pH电极6分别置入发酵罐1中伸入其中发酵液液面以下，pH 控制系统7电连接碱溶液输送泵9-2，碱溶液称量装置3-2和底物溶液称量装置3-1 分别与底物控制系统8电连接。利用上述系统进行反馈控制的主要过程是将菌种接入发酵罐1的培养基中开 始发酵，伴随着发酵的进行，通过pH电极6监测发酵液的pH值，将监测结果传递 给pH控制系统7。当代谢物有机酸产生，pH低于预设值时，由pH控制系统7启动 碱溶液输送泵3-2，将碱溶液罐4中的碱溶液加入到发酵罐1中，通过碱溶液称量 系统9-2将减少的碱溶液量(即碱消耗量X)信号传导给底物控制系统8;底物控 制系统8通过碱的消耗量来计算即时底物浓度(式四)，并将该即时底物浓度与预 控恒底物浓度比较，当低于预控底物浓度时启动底物溶液输送泵3-1，将底物溶液 罐2中的底物溶液加入到发酵罐1中，底物溶液称量系统9-2将减少的底物溶液量 信号连续反馈传导给底物控制系统8，当达到预控底物浓度时通过底物控制系统8 关闭底物溶液输送泵3-1来控制补入的底物溶液量(式二)。据此，可以实时控制 发酵罐中的底物浓度在一恒定范围，保证补偿发酵罐中消耗的底物的同时又不过 量，从而将发酵液中底物浓度控制在预设的水平。本发明生产1, 3-丙二醇中的中间代谢物反馈控制底物浓度流加系统另一实施方式，请参考图3及图4所示包括一发酵罐l; 一温度电极5; — pH电极6及与其相连的pH控制系统7; —碱溶液罐4，与其相连的碱溶液输送泵3-2; —底物溶 液罐2，与其相连的底物溶液输送泵3-1，以及一底物控制系统8;温度电极5和 pH电极6分别置入发酵罐1中伸入其中发酵液液面以下，pH控制系统7电连接碱 溶液输送泵3-2，底物溶液输送泵3-1和碱溶液输送泵3-2分别与底物控制系统8 电连接。利用上述系统进行反馈控制的主要过程是将菌种接入发酵罐1的培养基中开 始发酵，伴随着发酵的进行，通过pH电极6监测发酵液的pH值，将监测结果传递 给pH控制系统7。当代谢物有机酸产生，pH低于预设值时，由pH控制系统7启动 碱溶液输送泵3-2，将碱溶液罐4中的碱溶液加入到发酵罐1中，底物控制系统8 获取碱溶液输送泵3-2的数据(碱消耗体积，即X/碱液密度)计算出减少的碱溶液 量(即碱消耗量X);底物控制系统8通过碱的消耗量进一步计算即时底物浓度(式 四)，并将该即时底物浓度与预控底物浓度比较，当低于预控底物浓度时启动底物 溶液输送泵3-l，并计算得到底物溶液的补加量(式二)，启动底物溶液输送泵3-l，将底物溶液罐2中的底物溶液按量加入到发酵罐1中。当达到预控底物浓度时通过底物控制系统8关闭底物溶液输送泵3-l来控制补入的底物溶液量。据此，可以实时控制发酵罐中的底物浓度在恒定范围，保证补偿发酵罐中消耗的底物的同时又不 过量，从而将发酵控制在预设的水平。本发明中，所用的菌种可以是克雷伯氏肺炎杆菌《/^^/^/7"6謂0 ^，包括CGMCC No. 1.1526、 1.1639、 1.1734、 1.1736;发酵培养基中接种量都为5 20wt %;发酵培养温度为37°C;发酵过程中pH设定值在6.8 7.5之间；发酵时间为30 36 h;底物为葡萄糖与甘油的混合物，蔗糖与甘油的混合物，或甘油；起始底物浓 度为5 100g/1，优选20g/l;发酵过程中预控恒底物(甘油)浓度为10 30g/1，补 加的底物溶液浓度为100 1000g/l;碱液为氨水、氢氧化钾以及他们的混合物，优 选氢氧化钾，氢氧化钾溶液浓度为4mol/L。在本发明中，葡萄糖和蔗糖作为辅助碳源被菌体优先利用，所以加入补料后菌 体先将辅助碳源利用完再利用甘油，因此本发明只需要控制甘油浓度。本发明方法的具体步骤包括1. 斜面保藏不同菌株需选用各自适合的固体培养基，每月转接一次。2. 种子液的制备配制种子培养基，116"C灭菌25min;将菌株接入种子培养基，在适宜的温度下兼性厌氧培养至对数中期(接种后约12小时)；3. 厌氧发酵将步骤2制得的种子液接入发酵罐中经116t:灭菌25min的发酵 培养基，控制适宜的温度、搅拌，不通气。发酵过程中，随着底物转化为1，3-丙二 醇及中间代谢产物乳酸、乙酸，从而导致发酵液的pH降低，当发酵液的pH降低 至设定值以下时，加入碱溶液调节pH回升至设定值，同时联动底物补料泵，加入 碳源底物(葡萄糖、甘油)，发酵30h左右至l，3-丙二醇产量最高时，检测l，3-丙 二醇浓度。下面结合实施例进一步说明 实施例l:(中和剂碱4mol/L的KOH，起始底物葡萄糖8g/L,甘油10g/L，接种量5%， PH设定值7.0，发酵温度37° C，流加液中补加底物为甘油、葡萄糖和水的混合物，其中甘油浓度为600g/L，葡萄糖浓度为75g/L。预控恒甘油浓度 10±5g/L，反馈控制手段人工) 材料微生物菌种克雷伯氏肺炎杆菌《/^1^//";^^附0^<^, CGMCC No. 1.1526i肯养基
1) 斜面固体培养基葡萄糖8g/L,甘油10g/L，酵母粉3g/L， K2HP(V3H20 3.4g/L， KH2P04 1.3g/L， (NH4)2S04 4g/L， MgS04 0.24g/L， CaC03 0.5g/L，富马酸 25mg/L，琼脂15g/L。2) 种子培养基葡萄糖8g/L,甘油10g/L，酵母粉3g/L， K2HP(V3H20 3.4g/L， KH2P04 1.3g/L， (NH4)2S044g/L， MgS04 0.24g/L， CaC03 0.5g/L，富马酸25mg/L。3) 发酵培养基葡萄糖8g/L，甘油10g/L，酵母粉3g/L， K2HP04'3H20 3.4g/L， KH2P04 1.3g/L， (NH4)2S044g/L， MgS04 0.24g/L， CaCO30.2g/L，富马酸25mg/L。将上述培养基中成分分别混合后，用自来水定容，调pH值为6.5，于116。C灭 菌25min。中和剂4mol/L的KOH溶液；补加底物甘油、葡萄糖和水的混合物，其中甘油为600g/L，葡萄糖为75g/L。 方法1、 制备种子一级种子将装有菌种的一支甘油管(lml)接入装有4ml种子培养基的20ml 试管中，37°C、 180r/min，好氧培养12h，得到一级种子液；二级种子在250mL锥形瓶中装入100mL种子培养基，116"C灭菌25min后， 接入一级种子液lml，然后在摇床中好氧培养12h，温度37"、转速180r/min，得 到二级种子液；2、 补料分批发酵培养1) 将2L发酵培养基装入5L发酵罐中，灭菌后接种二级种子液，接种量为5 %,安装温度电极、pH电极，连通整个发酵控制系统，控制发酵温度37。C、转速 350r/min，空气通气量控制在0.4L/(L min)，开始发酵；按照该发酵条件进行小规模实验，该体系中，测得八=0.6101。2) 启动图1和图2所示中间代谢物反馈控制底物浓度流加系统，pH电极监测 发酵液的pH值，当pH值小于7.0时，由pH控制系统启动碱溶液输送泵，将碱溶 液罐中的KOH溶液按50ml/min流速加入到发酵罐中，此时碱溶液称量系统将减少 的碱溶液量信号传导给底物控制系统；底物控制系统计算出即时底物浓度，并将该 即时底物浓度与预控恒甘油浓度10±5g/L比较，启动底物溶液输送泵(流速 40ml/rain)，将底物溶液罐中的底物溶液加入到发酵罐中，底物溶液称量系统将减 少的底物溶液量信号反馈传导给底物控制系统，通过底物控制系统关闭底物溶液输 送泵(本实施例中底物溶液输送泵第一次工作在发酵3. 5小时)来控制补入的底物溶 液量(A=0.6101)。依上述过程连续操作，发酵32h，取样检测发酵液中产物1,3-丙二醇浓度。底物补加情况参见图5所示。 3、发酵液中产物浓度的检测 釆用气相法进行检测。(1) 标准曲线的绘制用移液管准确量取下表中各1， 3-丙二醇体积，按照要求配置成一定浓度的1， 3-丙二醇标准溶液。(2) 样品的预处理发酵液经适当稀释后，用孔径为0.45um的滤膜过滤，然后 经卯00rpm高速离心机10min离心后，取上清液备用。(3) 测定过程样品采用气相色谱进行定量分析，进样量lul，检测器为FID， 采用Chromosorb 101填充柱，载气为氮气，流速50ml/min，柱箱温度20(TC，检测 器温度25(TC，汽化室温度25(TC，外标法定量。结果，对照样品(指数流加发酵32h得到)中的1,3-丙二醇浓度62g/1，而本实 施例步骤2样品中1,3-丙二醇浓度达到85g/l，是对照样品浓度的1.37倍。说明用本 发明方法生产1,3-丙二醇产率提高37%。本发明实施例中，对照样品采用指数流加发酵32h得到，是与实施例的同步实验，发酵材料与条件 与对照实施例相同，方法参考《现代化工》2002年第22巻第7期《1， 3-丙二醇发酵过程中底物抑制 及其对策的研究》赵红英、张健、刘宏娟、向波涛、刘德华(在文献报道中所用菌株生产的1，3-丙二醇 产量为30.225g/L)。 实施例2: 材料微生物菌种克雷伯氏肺炎杆菌iaefc/dto，ewmom'"e， CGMCC No. 1.1639 中和剂氢氧化钾和氨水的混合物，其中，氢氧化钾为4mol/L，氨水(17%)在中和剂中用量为85.72g/L (以,3计浓度为25%-28%)。补加底物甘油、葡萄糖和水的混合物，其中甘油浓度为600g/L，葡萄糖为75g/L。培养基和实施例l基本相同，空气通气量控制在0.6L/(L min)，其中葡萄 糖为5g/L，甘油为20g/L。 该体系中，A=0. 6849。 方法1、 制备种子与实施例l相同2、 补料分批发酵培养1)将2L发酵培养基装入5L发酵罐中，灭菌后接种二级种子液，接种量为20 %，安装温度电极、pH电极，连通整个发酵控制系统，控制发酵温度37'C、转速 350r/min，开始发酵； 2)启动流加控制系统，pH电极监测发酵液的pH值，当PH值小于7. 0时，由 pH控制系统启动碱溶液输送泵，将碱溶液罐中的氨水溶液按50ml/min流速加入到 发酵罐中，持续加入；底物控制系统根据碱溶液输送泵的流量计算出即时底物浓度， 并将该即时底物浓度与预控恒底物甘油浓度15±5g/L比较，启动底物溶液输送泵 (流速40ml/min)，将底物溶液罐中的溶液加入到发酵罐中，持续加入通过底物控 制系统关闭底物溶液输送泵来控制补入的底物溶液量(A=0.6849)。依上述过程连 续操作，发酵32h，取样检测发酵液中产物l,3-丙二醇浓度。底物补加情况参见图6 所示。3、发酵液中产物浓度的检测方法同实施例1。检测结果为1,3-丙二醇浓度达到78g/I，与对照样品(指数流 加发酵)的最高l,3-丙二醇浓度(60.7g/l，发酵32h)相比，浓度提高了1.28倍。 实施例3:材料及操作同实施例l，其中变化因素微生物菌种克雷伯氏肺炎杆菌7aefc/e〃a; "ewmo"/ae， CGMCC No. 1.1734 中和剂5mol/L浓度的氢氧化钾； 补加底物600g/l的甘油溶液；培养基和实施例l基本相同，发酵前在发酵罐中充满氮气，不通入空气，转 速150r/min，其中甘油为15g/L。 该体系中，A=0. 6223。发酵过程中，接种量为20%，发酵温度为37。 C， pH值控制在7.5，预控恒 底物甘油浓度30土5g/L 。检测发酵32h发酵液中产物1,3-丙二醇浓度，结果为1,3-丙二醇浓度达到67g/l， 与对照产物(指数流加发酵32h)的最高1,3-丙二醇浓度57g/l相比，浓度提高了 1.17 倍。实施例4:材料及操作同实施例2，其中变化因素微生物菌种克雷伯氏肺炎杆菌K/efczW/a/ "ewmom'ae, CGMCC No. 1.1736 中和剂氢氧化钾和氨水的混合物，其中，氢氧化钾为4mol/L，氨水(17%)在中和剂中用量为60g/L (以NH3计25%-28%)。补加底物甘油、蔗糖和水的混合物，其中甘油浓度为600g/L，蔗糖浓度为75g/L。培养基和实施例l基本相同，空气通气量控制在0.4L/(L min)，其中蔗糖 为5g/L，甘油为20g/L。
该体系中，A=0. 6547。发酵过程中，接种量为10%,发酵温度为37。 C， pH值控制在6.8，预控恒 底物浓度为甘油15±5g/L。检测发酵32h发酵液中产物1,3-丙二醇浓度，结果为1,3-丙二醇浓度达到 46.3g/l，与对照样品(指数流加发酵32h)的最高1,3-丙二醇浓度39g/l相比，浓度 提高了 1.18倍。
权利要求
1.一种中间代谢物反馈补料生产1，3-丙二醇的方法，其特征在于在兼性厌氧发酵过程中，利用底物消耗量和碱消耗量之间的函数关系，通过测定碱消耗量来控制底物的加入量，从而实时控制发酵液中底物浓度在一个设定的范围内，具体包括如下步骤5)将菌种制得的种子液接入发酵罐的培养基中开始发酵；6)利用pH电极监测发酵液的pH值变化，当体系pH下降到发酵液的pH设定值以下，通过一pH控制系统控制碱溶液加入，直至发酵液的pH回升至设定值；7)将碱溶液消耗量传递给一底物控制系统，底物控制系统根据底物消耗量与碱消耗量函数关系计算补底物量，控制补底物加入量，使发酵液中即时底物浓度回升至预控恒底物浓度；8)重复步骤2)和3)，发酵32h至1，3-丙二醇浓度达到最大值，取样检测1，3-丙二醇浓度。
2. 如权利要求1所述的反馈补料生产1、 3-丙二醇的方法，其特征在于所述 的底物消耗量和碱消耗量之间的函数关系式为Y=AX其中，Y为底物消耗量，X为碱消耗量，A为系数，A的取值与发酵菌种和发酵 初始条件有关，通过预试验确定；补底物量=(预控恒底物浓度-即时底物浓衝x即时发酵液体积，补底物量=补底物溶液体积x补底物溶液浓度即时底物浓产=初底物浓度x初始体积+已补入底物体积x底物浓度-AX又—发酵液柳台体积+ ^^ +已补"，禾^l醒碱液密度 底物溶液密度即时发酵液体积=发酵液初始体积++已补入;gf，g ^物浓度碱液密度 底物溶液密度
3. 如权利要求1或2所述的反馈补料生产1， 3-丙二醇的方法，其特征在于所 述菌种是克雷伯氏肺炎杆菌A7e力WeL a p"eMZ o"&e;发酵培养基中接种量为5 20%;发酵起始底物浓度为5 20g/i，优选20g/i;发酵温度为:vrc;发酵底物为甘油、或甘油与葡萄糖或蔗糖的混合物。
4. 如权利要求l或2所述的反馈补料生产l，3-丙二醇的方法，其特征在于所述的补底物为甘油、或甘油与葡萄糖或蔗糖的混合溶液，发酵液中预控恒底物浓度为10 30±5g/l。
5. 如权利要求4所述的反馈补料生产l，3-丙二醇的方法，其特征在于所述的 发酵液的pH设定值在6. 8 7. 5之间；所述的碱为氢氧化钾或氢氧化钾与氨水的混 合溶液。
6. 如权利要求1或2或5所述的反馈补料生产1，3-丙二醇的方法，其特征在 于所述的碱消耗量和底物的消耗量通过天平称量，或者通过流量计测量。
7. —种利用权利要求1至6任一所述方法生产1， 3-丙二醇的中间代谢物反馈 控制底物浓度流加系统，包括发酵罐、温度电极、pH电极、pH控制系统、由碱溶 液罐和碱溶液输送泵组成的碱溶液输送系统、底物控制系统、由底物溶液罐和底物 溶液输送泵组成的底物输送系统，所述的温度电极和pH电极感应端置入发酵罐中 发酵液液面以下，pH电极连接pH控制系统，再连接碱溶液输送泵，碱溶液输送泵 的液体吸入端置于碱溶液罐的液面以下，底物溶液输送泵和碱溶液输送泵的液体输 出端置于发酵罐中发酵液液面以上，底物溶液输送泵的液体吸入端置于底物溶液罐 的液面以下，碱溶液输送系统与底物控制系统信号连接，底物输送系统与底物控制 系统信号连接。
8. 根据权利要求7所述的中间代谢物反馈控制底物浓度流加系统，其特征在 于还包括一底物溶液称量装置和一碱溶液称量装置，所述碱液称量装置置于碱溶 液罐的下方，并与底物控制系统信号连接，所述底物溶液称量装置置于底物溶液罐 的下方，并与底物控制系统信号连接。
9. 如权利要求7所述的中间代谢物反馈控制底物浓度流加系统，其特征在于 所述碱溶液输送泵和底物溶液输送泵各装设流量计，所述流量计分别与底物控制 系统信号连接。
10. 如权利要求7或8或9所述的中间代谢物反馈控制底物浓度流加系统，其 特征在于所述的pH控制系统和底物控制系统通过人工、单片机或者电脑实现。
全文摘要
本发明提供一种反馈补料生产1、3-丙二醇的方法，包括常规制备种子的方法，然后进行发酵培养。在发酵时，利用中间代谢物中和剂消耗量和底物消耗量之间的函数关系，通过加入中间代谢物中和剂消耗量反馈联动加入底物的量来控制底物浓度，使发酵液中的底物(甘油)浓度在一定的范围内，既不产生底物抑制，也不缺乏。该方法通过监测中间代谢物中和剂的消耗量，能够较准确的反馈控制发酵液中的底物浓度，从而提高产物1，3-丙二醇的产量。在发酵过程中可以通过采用单片机或者电脑控制，自动或手动操控，投资小，操作简单，适合于工业化生产。
文档编号C12P7/18GK101153292SQ20071012200
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月19日 优先权日2007年9月19日
发明者吴家鑫, 政 李, 王凤寰, 谭天伟 申请人:北京化工大学