微生物丙三醇的生產(chǎn)及研究進展

摘 要：丙三醇大多是使用油脂皂化、水分解以及丙烯反應(yīng)制造出來的化工品，在微生物制造方面是一種新型的開發(fā)探索范疇。制造丙三醇是由釀酒以及耐透壓酵母、單細胞藻類、細菌共同生產(chǎn)的。微生物在構(gòu)成丙三醇時使用的原料、機制還有提取時都各自有各自的特征。即使現(xiàn)在微生物合成丙三醇行業(yè)潛能遭遇這巨大的挑戰(zhàn)，不過從現(xiàn)在對丙三醇的探索進程來講，能夠預(yù)測到使用丙三醇的需求會越來越多，其生產(chǎn)成本會越來越低，所以因勢利導(dǎo)進行丙三醇的研究有著廣闊的遠景。

關(guān)鍵詞：丙三醇；微生物；進展

丙三醇就是我們經(jīng)常說的甘油，是多羥基醇的一種，廣泛的用在化工以及樹脂化工中，同時在藥品、化妝品、煙、牙膏以及食品中也有普遍的使用。在最開始制造丙三醇主要使用油脂以及水解，在上世紀四十年代經(jīng)濟發(fā)達的國家已經(jīng)使用化學(xué)合成的方式制造丙三醇，經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)依舊使用肥皂制造丙三醇，這兩種制造方式生產(chǎn)的丙三醇占市場中丙三醇總量的百分之九十以上。不過伴隨著國內(nèi)洗滌劑的廣泛推廣，使用肥皂生產(chǎn)的丙三醇產(chǎn)量下降，在國內(nèi)很長一段時間內(nèi)出現(xiàn)丙三醇供不應(yīng)求的現(xiàn)象，探索微生物制造丙三醇是一種必然的結(jié)果。使用微生物制造的丙三醇具有極高的安全性，類似于綠色物品，伴隨著國內(nèi)消費構(gòu)造的改變能夠預(yù)測到這類丙三醇在市場中的挑戰(zhàn)優(yōu)勢很顯著，并且在經(jīng)濟欠發(fā)達的國家提供微生物制造丙三醇的原料價格低廉，能夠從釀酒酵母中抑或耐滲透壓酵母中選擇其一制造丙三醇，在熱帶海域干旱位置使用藻類制造丙三醇只需要借助二氧化碳以及陽光即可，因此在本世紀伴隨著原始制造丙三醇原料的缺乏以及生物科技的前進，運用微生物方式制造丙三醇具有更加顯著的優(yōu)勢。現(xiàn)在已經(jīng)有很多使用微生物制造丙三醇的研究報告。不過微生物制造丙三醇的開發(fā)大多是在試驗室內(nèi)開展的，微生物制造丙三醇進入工業(yè)領(lǐng)域以及化學(xué)領(lǐng)域的商品挑戰(zhàn)從探索的發(fā)展程度看，伴隨著制造技術(shù)的提升，造價的減少以及商品品質(zhì)的提升所以它的潛能是很大的，在國內(nèi)首先出現(xiàn)的是發(fā)酵方式制造丙三醇。下文中講述了從材料、制造體系、提取以及制造潛能這些方面對微生物制造丙三醇展開了詳細的說明。

1 微生物丙三醇的生產(chǎn)

1.1 微生物丙三醇生產(chǎn)的原料

石油存儲量的干涸，進而轉(zhuǎn)變方式，從生物技術(shù)方面獲取居民生存生活能源的關(guān)鍵方法。用于制造丙三醇的酵母以及細菌能夠使用可再生的低價糖蜜和粗淀粉制造。主要在木薯干片、玉米以及木薯淀粉中提取粗淀粉，這些作物在國內(nèi)種植量大。在國內(nèi)南方區(qū)域內(nèi)主要使用木薯干片發(fā)酵制作丙三醇，主要是因為這種作物需要花費的成本不高，只要把其碾碎，再浸泡，酶法水解再過濾就能夠成為制作丙三醇的物料，經(jīng)實驗證實制糖效果不如木薯干片的成果好。在國內(nèi)北方地區(qū)，可以使用種植量最多的玉米作為物料，在玉米淀粉中適當加入別的營養(yǎng)就能夠生產(chǎn)出同樣的丙三醇，所獲取的經(jīng)濟以及社會利益效果是一樣的。

除此之外，在沿海抑或干旱的區(qū)域內(nèi)使用培養(yǎng)藻類制造丙三醇比較合適，藻類培養(yǎng)使用的制造原理海水以及二氧化碳大多不需要成本，藻類培養(yǎng)還能夠一起制造出丙三醇、動物飼料以及胡蘿卜素等。

1.2 微生物丙三醇的生產(chǎn)機制

1.2.1 化學(xué)轉(zhuǎn)向酵母途徑

化學(xué)轉(zhuǎn)向酵母途徑曾經(jīng)一次大戰(zhàn)中德國用于工業(yè)化生產(chǎn) 1000t/ 月丙三醇。其生產(chǎn)機理是在基本培養(yǎng)基下用釀酒酵母對蔗糖和葡萄糖等己糖進行厭氧酵解，通常其主要酵解產(chǎn)物為酒精， 如（1）、（2）式， 當把EMP途徑中乙醛作為氫的受體， 用 Na2SO3固定或通過Cannizzaro 反應(yīng)由堿使乙醛形成乙酸和乙醇， 于是EMP 途徑中由己糖產(chǎn)生的其他丙糖就作為主要的氫受體還原為丙三醇， 化學(xué)計量反應(yīng)式如下：

C6H12O6+Na2SO3+H2O——NaHCO3+CH3CHO·NaHSO3+C3H8O3 （1）

2C6H12O6+H2O+堿——2CO2+CH3COOH+C2H5OH+2C3H8O3（2）

在工業(yè)化得制作過程中對硫氧粉運用量是有約束的，如果使用太多的硫氧粉會使酵母變得有毒，所以丙三醇使用糖的轉(zhuǎn)化率是百分之二十到百分之二十五，客觀上來講是百分之五十一。糖度達到百分之二十的時候添入碳酸鈉，差不多百分之二十五的丙三醇能夠轉(zhuǎn)化。運用糖蜜當做底料時，使用蒸餾水、溶劑等以往的方式提煉丙三醇就不是很經(jīng)濟劃算的，所以這種商品回收率以及轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率太低是工業(yè)上放棄使用這種方式的根本原因。

1.2.2 耐滲透壓環(huán)境的丙三醇合成

在高滲透壓環(huán)境下丙三醇是絲狀真菌、藻類、昆蟲、甲殼動物、脊椎動物中主要的滲透壓調(diào)節(jié)劑，這是生物體細胞內(nèi)積累低相對分子質(zhì)量溶質(zhì)以適應(yīng)高滲透壓環(huán)境， 調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外滲透壓平衡維持生命的自然選擇結(jié)果。在滲透壓允許的條件下丙三醇可以對細胞中的酶和生物大分子的結(jié)構(gòu)進行較大程度的保護，而且丙三醇的溶解性和粘度幾乎不隨其濃度的增加而受影響。基于這種生物適應(yīng)環(huán)境的生理機制， 篩選高產(chǎn)丙三醇的耐滲透壓酵母和藻類可以進行丙三醇的生產(chǎn)。

1.3 微生物丙三醇的提取

在發(fā)酵液里面提取丙三醇包含：①分開發(fā)酵液里面的細胞；②分開得到的清液使用酸堿調(diào)節(jié)為中性，過濾掉不能夠稀釋的固體物質(zhì)，處置完畢使用多功能的蒸發(fā)設(shè)施進行濃縮，同時能夠消滅乙醛以及乙醇這類發(fā)揮物體，最終在真空蒸餾中提取壓縮的丙三醇，使用活性炭去除里面的顏色，獲得工業(yè)中使用的丙三醇。使用亞硫酸鹽方式發(fā)酵制作丙三醇的過程中，先使用蒸餾壓縮的丙三醇發(fā)酵液，并且消滅其中的乙醛以及乙醇等物質(zhì)，在對壓縮液體進行純化，在提取丙三醇的過程中大約會損耗掉百分之五到百分之十，因此使用溶劑提煉丙三醇花費較多。使用耐滲透壓方式提取丙三醇回收方式和亞硫酸鹽的做法差不多，這里使用方慧英策劃的介質(zhì)蒸餾措施解決了丙三醇真空蒸餾時速度慢、雜質(zhì)多的難題，蒸餾率能達到百分之九十五以上，這確保了制造工業(yè)使用丙三醇的供應(yīng)。

2 結(jié)束語

在我國因洗滌劑的普遍使用油脂的皂化和水解生產(chǎn)丙三醇產(chǎn)量有限，10年前從國外引進的化學(xué)合成裝置因生產(chǎn)成本過高而無法生產(chǎn)， 因此我國丙三醇缺額將長期存在， 發(fā)展微生物丙三醇生產(chǎn)途徑已無可取代。隨著耐滲酵母途徑的出現(xiàn)轉(zhuǎn)向劑酵母途徑逐漸淘汰，耐滲酵母途徑可得到高產(chǎn)率的丙三醇， 可在采用自動控制設(shè)備， 降低勞動強度； 高密度細胞發(fā)酵， 提高生產(chǎn)強度上提高經(jīng)濟效益。細菌途徑生產(chǎn)丙三醇還值得大量的研究。Dunaliell. sp 藻類培養(yǎng)生產(chǎn)丙三醇如收獲藻體的方法得到改進則潛力較大，C.sp 則可以進行連續(xù)生產(chǎn)丙三醇， 也是一個產(chǎn)業(yè)化潛力較大的新領(lǐng)域。目前面臨的主要困難是下游技術(shù)。傳統(tǒng)的分離方法如離心、蒸發(fā)、蒸餾、液液萃取能量消耗及成本較大。耐滲透壓酵母丙三醇的工業(yè)生產(chǎn)中雖然雜質(zhì)成分與皂化和合成的丙三醇不同， 產(chǎn)品含有少量酸性物質(zhì)， 但經(jīng)過本單位近來的研究攻關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量已達醫(yī)藥級標準。時代在前進， 技術(shù)在不斷進步。微生物丙三醇的生產(chǎn)工業(yè)正在起步， 相信利用基因工程手段篩選出更優(yōu)良的工業(yè)生產(chǎn)菌株， 發(fā)展新的方法如超濾、反滲透、離子交換技術(shù)等提取手段， 采用先進的發(fā)酵技術(shù)和生產(chǎn)控制設(shè)備將使微生物丙三醇的生產(chǎn)水平邁入一個新的時代。

參考文獻

[1]金海如.微生物丙三醇的生產(chǎn)及研究進展[J].日用化學(xué)工業(yè)，2000.