本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法及裝置。

背景技術(shù)：

1,3-丙二醇是一種重要的化工原料和醫(yī)藥中間體，在聚酯纖維生產(chǎn)以及聚氨基甲酸乙酯和環(huán)狀化合物的制造中具有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，1,3-丙二醇作為重要的有機(jī)合成原料和中間體，因其獨(dú)特性能以及廣泛用途成為研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

1,3-丙二醇的生產(chǎn)方法主要有三種：丙烯醛水合氫化法、環(huán)氧乙烷碳基化法和微生物轉(zhuǎn)化法。微生物轉(zhuǎn)化法雖然起步較早，但是直到二十世紀(jì)八十年代才逐漸引起人們的重視。盡管目前的主要方法仍然是化學(xué)法，但是與化學(xué)法相比，微生物轉(zhuǎn)化法具有條件溫和、操作簡(jiǎn)便、選擇性好、節(jié)省能源、設(shè)備投資少和環(huán)境良好等特點(diǎn)，是一種生產(chǎn)成本最低、污染最少的方法，符合當(dāng)今“綠色化工”和“可持續(xù)性發(fā)展”的要求。

通過(guò)微生物生產(chǎn)1,3-丙二醇的生產(chǎn)工藝主要分為兩類：以葡萄糖為原料利用基因工程菌轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1,3-丙二醇和以甘油為原料利用克雷伯氏桿菌（klebsiebllapneumoniae）、弗氏檸檬酸桿菌（citrobacterfreundii）、成團(tuán)腸桿菌（enterobacteragglomerans）、丁酸梭狀芽孢桿菌（clostridiumbutyricum）和巴氏梭狀芽孢桿菌（clostridiumpasteuianu）等細(xì)菌轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1,3-丙二醇。由于微生物轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)模式是利用微生物自身代謝過(guò)程進(jìn)行有用產(chǎn)品的生產(chǎn)，因此在實(shí)際過(guò)程中發(fā)酵副產(chǎn)物種類較多，尤其是存在于主代謝干路上的產(chǎn)物如乳酸、乙酸、琥珀酸等。過(guò)多酸性副產(chǎn)物的累積，使發(fā)酵體系的滲透壓不斷增加，從而對(duì)發(fā)酵菌體造成不利影響，具體表現(xiàn)為發(fā)酵強(qiáng)度降低、1,3-丙二醇產(chǎn)物濃度不高等。

cn1696297a公開(kāi)了一種利用生產(chǎn)生物柴油副產(chǎn)物甘油生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法，該方法將生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中分離出的副產(chǎn)物粗甘油作為發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇的底物，以克雷伯氏桿菌或丁酸梭菌、巴斯德梭菌通過(guò)厭氧或有氧發(fā)酵進(jìn)行1,3-丙二醇發(fā)酵生產(chǎn)。但是該方法中1,3-丙二醇的產(chǎn)率及生產(chǎn)強(qiáng)度并不高并且副產(chǎn)物多。cn1434122a公開(kāi)了一種采用兩段雙底物集成發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法，該方法中二級(jí)種子培養(yǎng)是以葡萄糖和甘油為混合雙底物，將好氧條件下的二級(jí)種子培養(yǎng)和厭氧條件下的甘油厭氧轉(zhuǎn)化集成在同一個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行。雖然這種方法能夠減少工藝步驟，提高設(shè)備的利用率，縮短了工藝周期，但是由于該過(guò)程中存在菌體生長(zhǎng)和甘油轉(zhuǎn)化兩個(gè)階段，易產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，影響最終1,3-丙二醇的產(chǎn)率。cn1434122a公開(kāi)了一種利用外源添加反丁烯二酸促進(jìn)微生物合成1,3-丙二醇的方法，該方法在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加反丁烯二酸作為一種外源電子受體，從而加速菌體對(duì)甘油的利用。通過(guò)其實(shí)施例可以看出，這種方法雖然可以提高菌體對(duì)甘油的利用率，提高1,3-丙二醇濃度和生產(chǎn)強(qiáng)度，但是副產(chǎn)物也明顯增多。cn1955304a公開(kāi)了一種微生物利用甘油厭氧發(fā)酵生產(chǎn)1,3－丙二醇的方法，該方法通過(guò)在發(fā)酵培養(yǎng)基中或在菌體生長(zhǎng)的指數(shù)期添加適量的多元酸，該多元酸可以強(qiáng)化代謝過(guò)程中生成丙酮酸后的代謝過(guò)程，但是該方法并不能有效降低副產(chǎn)物的生成，因?yàn)榧尤氲亩嘣岵⒉荒軐?duì)丙酮酸的生成進(jìn)行調(diào)控，而丙酮酸是生成多種副產(chǎn)物的來(lái)源，代謝中的丙酮酸會(huì)完全分解。cn1446919a公開(kāi)了一種通過(guò)外源添加還原劑促進(jìn)菌體合成1,3-丙二醇的方法，該方法利用1,3-丙二醇生物合成過(guò)程中需要消耗一定量還原當(dāng)量的特征，在發(fā)酵培養(yǎng)基或在厭氧發(fā)酵過(guò)程中添加適量的還原劑，增強(qiáng)菌體中還原當(dāng)量的積累，促進(jìn)底物甘油沿還原途徑代謝，提高1,3-丙二醇的合成濃度和轉(zhuǎn)化率。雖然在培養(yǎng)基中添加還原劑，理論上有助于甘油向1,3-丙二醇轉(zhuǎn)化，但是在整個(gè)代謝途徑中，大量還原當(dāng)量的介入會(huì)促進(jìn)很多副反應(yīng)，如丙酮酸向乳酸的轉(zhuǎn)化、磷酸烯醇式丙酮酸向琥珀酸的轉(zhuǎn)化、乙酰coa向乙醇的轉(zhuǎn)化等，因此還原劑的加入會(huì)導(dǎo)致大量副產(chǎn)物的生成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法及裝置。本發(fā)明的連續(xù)發(fā)酵體系通過(guò)降低發(fā)酵體系中副產(chǎn)物的抑制作用，延長(zhǎng)了發(fā)酵穩(wěn)定期，從而維持了較高的1,3-丙二醇生產(chǎn)強(qiáng)度。

本發(fā)明利用微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法，包括以下內(nèi)容：

（1）采用微氧培養(yǎng)，按照梯度擴(kuò)大培養(yǎng)方式，獲得發(fā)酵菌種子液，并接種至發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵；

（2）采用厭氧發(fā)酵，在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐中甘油的消耗和電導(dǎo)率的變化，維持發(fā)酵體系中甘油濃度在15～25g/l；當(dāng)電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，從發(fā)酵罐排出10%～20%的發(fā)酵液至壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，控制表壓為0.7～3.0kpa；微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)中進(jìn)行脫鹽處理，當(dāng)電滲析清液的電導(dǎo)率為2～9ms/cm時(shí)回流至發(fā)酵罐中，電滲析濃液收集排放；

（3）微濾操作結(jié)束時(shí)，以發(fā)酵液體積1%～3%的發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜進(jìn)行反沖洗，并直接注入發(fā)酵罐中；

（4）當(dāng)發(fā)酵液中1,3-丙二醇濃度大于90g/l時(shí)，從發(fā)酵罐排出60%～80%的發(fā)酵液至壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)中進(jìn)行脫鹽處理；當(dāng)電導(dǎo)率降至0.1ms/cm時(shí)，將電滲析清液作為預(yù)處理產(chǎn)品回收，電滲析濃液收集排放；在發(fā)酵罐中補(bǔ)加原發(fā)酵液體積50%～80%的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。

本發(fā)明方法中，步驟（1）所述生產(chǎn)1,3-丙二醇的發(fā)酵菌為克雷伯氏桿菌（klebsiebllapneumoniae）、弗氏檸檬酸桿菌（citrobacterfreundii）等厭氧或兼性厭氧菌。所述的微氧培養(yǎng)模式，是在培養(yǎng)過(guò)程中保持微氧條件，氮?dú)馔饬繛?～0.1vvm，并以攪拌或震蕩的方式增強(qiáng)傳質(zhì)效果，攪拌速度為50～300rpm。

本發(fā)明方法中，發(fā)酵菌種的培養(yǎng)采用梯度擴(kuò)大培養(yǎng)方式，優(yōu)選采用兩級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，具體過(guò)程是將保藏的發(fā)酵菌液按照0.2%～1.0%的體積比，接入種子培養(yǎng)基進(jìn)行菌種活化，培養(yǎng)18～24h后按照5%～12%的體積比，接入種子培養(yǎng)基進(jìn)行菌種擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為30～40℃，ph為6～8，最終獲得細(xì)胞干重達(dá)到2.0-4.0g/l的發(fā)酵菌種子液。種子培養(yǎng)基組成為：甘油20～40g/l，nh4cl4～6g/l，kcl0.4～0.6g/l，nah2po4·h2o0.8～1.1g/l，na2so40.1～0.3g/l，mgcl2·6h2o0.1～0.2g/l，檸檬酸0.2～0.4g/l，酵母膏0.5～1g/l，vc0.05～0.15g/l。

本發(fā)明方法中，步驟（2）所述的厭氧發(fā)酵是在發(fā)酵過(guò)程中保持厭氧條件，氮?dú)馔ㄈ肓繛?.1～0.3vvm，攪拌速度為200～500rpm。發(fā)酵初期發(fā)酵菌種子液的添加體積為發(fā)酵培養(yǎng)基體積的5%～15%，發(fā)酵過(guò)程中，溫度為30～40℃，ph為6～8。發(fā)酵階段以流加的方式進(jìn)行甘油的補(bǔ)充，使發(fā)酵體系中甘油濃度維持在15～25g/l水平。

本發(fā)明方法中，步驟（2）發(fā)酵階段對(duì)體系內(nèi)的電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，具體過(guò)程為：當(dāng)電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，從發(fā)酵罐排出10%～20%的發(fā)酵液至壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，控制表壓為0.7～3.0kpa；當(dāng)微濾膜壓力大于1.0kpa時(shí)，以無(wú)菌氮?dú)膺M(jìn)行反向吹掃，直至反應(yīng)結(jié)束。

本發(fā)明方法中，步驟（3）微濾單元操作結(jié)束后，采用發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜進(jìn)行反沖洗，反沖洗使用的培養(yǎng)基體積為發(fā)酵液體積的1%～3%。

本發(fā)明方法中，步驟（4）發(fā)酵罐中補(bǔ)加發(fā)酵體積50%～80%的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。所述的發(fā)酵培養(yǎng)基組成為：甘油30～50g/l，nh4cl5～7g/l，kcl0.5～0.7g/l，nah2po4·h2o1～1.2g/l，na2so40.2～0.4g/l，mgcl2·6h2o0.2～0.4g/l，檸檬酸0.2～0.4g/l，酵母膏1～1.5g/l，vc0.1～0.2g/l，消泡劑0.05～0.1ml/l。

本發(fā)明用于上述微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1,3-丙二醇的裝置，包括發(fā)酵罐、微濾系統(tǒng)、電滲析系統(tǒng)和培養(yǎng)基儲(chǔ)罐，將發(fā)酵菌種子液接種至發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐中電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，從發(fā)酵罐排出10%～20%的發(fā)酵液至壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中；微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)中進(jìn)行脫鹽處理，當(dāng)電滲析清液的電導(dǎo)率為2～9ms/cm時(shí)回流至發(fā)酵罐中，電滲析濃液收集排放；微濾操作結(jié)束時(shí)，以培養(yǎng)基儲(chǔ)罐中的發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜進(jìn)行反沖洗，并直接注入發(fā)酵罐中；當(dāng)發(fā)酵液中1,3-丙二醇濃度大于90g/l時(shí)，從發(fā)酵罐排出60%～80%的發(fā)酵液至壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)中進(jìn)行脫鹽處理；當(dāng)電導(dǎo)率降至0.1ms/cm時(shí)，將電滲析清液作為預(yù)處理產(chǎn)品回收，電滲析濃液收集排放；在發(fā)酵罐中補(bǔ)加原發(fā)酵液體積50%～80%的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。

本發(fā)明以微濾膜過(guò)濾結(jié)合電滲析的方式，對(duì)發(fā)酵體系滲透壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持發(fā)酵體系內(nèi)適宜的滲透壓；發(fā)酵周期內(nèi)，1,3-丙二醇以電滲析清液的形式進(jìn)行回流，從而維持發(fā)酵罐滲透壓和液位穩(wěn)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）厭氧發(fā)酵體系氧分壓很低，而外源雜菌多為好氧菌，生長(zhǎng)會(huì)被抑制，因此結(jié)合厭氧發(fā)酵體系染菌風(fēng)險(xiǎn)低的特征，以微濾膜過(guò)濾結(jié)合電滲析清液循環(huán)的形式替代了細(xì)胞包埋等傳統(tǒng)細(xì)胞固定方式，構(gòu)建了新的連續(xù)發(fā)酵體系，通過(guò)降低發(fā)酵體系中副產(chǎn)有機(jī)酸、短鏈有機(jī)醇對(duì)菌體的抑制作用，從而維持了較高的1,3-丙二醇生產(chǎn)強(qiáng)度。

（2）以電滲析方式，對(duì)發(fā)酵體系中副反應(yīng)形成的陰、陽(yáng)離子進(jìn)行了有效脫除，利用電滲析清液循環(huán)的方式，使體系內(nèi)滲透壓始終維持在一個(gè)適宜水平，從而利于發(fā)酵穩(wěn)定期的延長(zhǎng)，有效的提升了發(fā)酵水平。

（3）電滲析清液循環(huán)，一方面可以使清液中甘油循環(huán)回用，有利于提高甘油的轉(zhuǎn)化率；另一方面可以提高發(fā)酵體系中1,3-丙二醇的產(chǎn)出濃度，避免常規(guī)連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)物濃度低，分離損失大的問(wèn)題。

（4）結(jié)合微濾工藝的特征，以微濾反沖液的形式補(bǔ)加發(fā)酵培養(yǎng)基，在適應(yīng)微濾工藝操作的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)酵體系內(nèi)生長(zhǎng)限制成分進(jìn)行了有效補(bǔ)充，從而有利于保持較高的生長(zhǎng)強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明微生物轉(zhuǎn)化連續(xù)生產(chǎn)1,3-丙二醇的流程示意圖；

其中，1-發(fā)酵液進(jìn)入微濾系統(tǒng)；2-微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)；3-電滲析清液回流至發(fā)酵罐；4-電滲析濃液收集；5-發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜反沖洗；6-濾膜反沖洗液直排至發(fā)酵罐；7-具有較高1,3-丙二醇濃度的電滲析清液直接作為預(yù)處理產(chǎn)品收集。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的效果，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明方法中，所用的菌種為克雷伯氏桿菌（klebsiebllapneumoniae），來(lái)自中國(guó)石化撫順石油化工研究院專利菌種，菌種保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心（cgmcc），保藏號(hào)：cgmccno.0798。

本發(fā)明實(shí)施例中所涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)格及工藝參數(shù)如下：發(fā)酵罐凈體積300l，兩級(jí)種子罐分別為3l、30l；微濾膜采用孔徑為0.5μm高分子中空纖維膜，操作壓力0.7～3kpa；電滲析物料流速100～500ml/min，操作電流1～3a。

本發(fā)明生物量利用可見(jiàn)光譜儀檢測(cè)600nm處吸光度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方程（cdw=0.4182×od600-0.117）將吸光度值轉(zhuǎn)化成細(xì)胞干重（cdw）。

種子培養(yǎng)基組成為：甘油20g/l，nh4cl4.28g/l，kcl0.6g/l，nah2po4·h2o1.1g/l，na2so40.23g/l，mgcl2·6h2o0.2g/l，檸檬酸0.34g/l，酵母膏1g/l，vc0.1g/l。

發(fā)酵培養(yǎng)基組成為：甘油40g/l，nh4cl5.35g/l，kcl0.75g/l，nah2po4·h2o1.38g/l，na2so40.28g/l，mgcl2·6h2o0.26g/l，檸檬酸0.4g/l，酵母膏1.2g/l，vc0.1g/l。，泡敵0.1ml/l。

實(shí)施例1

（1）取液體保藏的克雷伯氏桿菌（klebsiebllapneumoniae）菌種保藏液5ml加入含有2.5l種子培養(yǎng)基的3l一級(jí)種子罐中，進(jìn)行菌種活化培養(yǎng)。培養(yǎng)24h后細(xì)胞干重達(dá)到2.5g/l，轉(zhuǎn)入含有22.5l培養(yǎng)基的二級(jí)種子罐中，進(jìn)行菌種擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)18h后細(xì)胞干重達(dá)到2.6g/l，結(jié)束培養(yǎng)，將得到種子液接種至發(fā)酵罐中。培養(yǎng)條件：氮?dú)馔饬繛?.1vvm，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)300rpm，培養(yǎng)溫度為37℃，以5m的naoh調(diào)節(jié)ph為7。

（2）將步驟（1）得到的種子液通過(guò)管道，由無(wú)菌氮?dú)鈮喝牒?25l發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中。發(fā)酵過(guò)程中通入氮?dú)庖员３謪捬醐h(huán)境，氮?dú)馔ㄈ肓繛?.2vvm，攪拌速度為400rpm，溫度為37℃，以5mnaoh調(diào)節(jié)ph為7。

發(fā)酵過(guò)程中，在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐中甘油的消耗和電導(dǎo)率的變化，具體為：

a）通過(guò)液相分析系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中甘油的消耗情況、產(chǎn)物1,3-丙二醇以及副產(chǎn)物乙醇等的積累情況。通過(guò)流加甘油的方式，維持發(fā)酵體系內(nèi)甘油濃度在15～25g/l；

b）通過(guò)電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中電導(dǎo)率的變化。當(dāng)電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，開(kāi)啟罐底閥，將40l發(fā)酵液經(jīng)管道流入微濾系統(tǒng)的儲(chǔ)液罐中，并在操作壓力0.7kpa條件下進(jìn)行微濾處理，微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)的料液儲(chǔ)罐中。當(dāng)微濾膜壓力大于1.0kpa時(shí)，以無(wú)菌氮?dú)膺M(jìn)行反向吹掃，直至反應(yīng)結(jié)束；

c）微濾清液進(jìn)入電滲析設(shè)備中進(jìn)行脫鹽處理，料液流速300ml/min、濃液流速350ml/min、極液流速100ml/min，操作電流1a。電導(dǎo)率降至9ms/cm時(shí)，將電滲析清液由管線回流至發(fā)酵罐中，電滲析濃液收集排放。

（3）當(dāng)微濾操作結(jié)束時(shí)，以3l發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜進(jìn)行反沖洗，并將反沖洗液直接注入發(fā)酵罐中。

（4）當(dāng)發(fā)酵罐中1,3-丙二醇濃度大于90g/l時(shí)，從發(fā)酵罐中排除70%的發(fā)酵液進(jìn)入壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，并按照步驟（2）中b）、c）的工藝條件進(jìn)行發(fā)酵液處理，當(dāng)電導(dǎo)率降至0.1ms/cm時(shí)，將電滲析清液作為預(yù)處理產(chǎn)品回收，電滲析濃液收集排放。同時(shí)，在發(fā)酵罐中補(bǔ)加200l的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程。

經(jīng)過(guò)10個(gè)周期的發(fā)酵，共收集電滲析清液2050l，1,3-丙二醇濃度92g/l，共耗時(shí)348h，核算單批次發(fā)酵周期為34.8h，平均生產(chǎn)強(qiáng)度為2.64g/(l·h)。

實(shí)施例2

（1）取液體保藏的克雷伯氏桿菌（klebsiebllapneumoniae）菌種保藏液25ml加入含有2.5l種子培養(yǎng)基的3l一級(jí)種子罐中，進(jìn)行菌種活化培養(yǎng)。培養(yǎng)18h后細(xì)胞干重達(dá)到2.0g/l，轉(zhuǎn)入含有22.5l培養(yǎng)基的二級(jí)種子罐中，進(jìn)行菌種擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)18h后細(xì)胞干重達(dá)到2.5g/l，結(jié)束培養(yǎng)，將得到種子液接種至發(fā)酵罐中。培養(yǎng)條件：氮?dú)馔饬繛?.1vvm，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)200rpm，培養(yǎng)溫度為37℃，以5m的naoh調(diào)節(jié)ph為6.5。

（2）將步驟（1）得到的種子液通過(guò)管道，由無(wú)菌氮?dú)鈮喝牒?25l發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中。發(fā)酵過(guò)程中通入氮?dú)庖员３謪捬醐h(huán)境，氮?dú)馔ㄈ肓繛?.1vvm，攪拌速度為300rpm，溫度為37℃，以5mnaoh調(diào)節(jié)ph為6.5。發(fā)酵過(guò)程中，在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐中甘油的消耗和電導(dǎo)率的變化，具體為：

a）通過(guò)液相分析系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中甘油的消耗情況、產(chǎn)物1,3-丙二醇以及副產(chǎn)物乙醇等的積累情況。通過(guò)流加甘油的方式，維持發(fā)酵體系內(nèi)甘油濃度在15～25g/l；

b）通過(guò)電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中電導(dǎo)率的變化。當(dāng)電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，開(kāi)啟罐底閥，將50l發(fā)酵液經(jīng)管道流入微濾系統(tǒng)的儲(chǔ)液罐中，并在操作壓力0.7kpa條件下進(jìn)行微濾處理，微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)的料液儲(chǔ)罐中。當(dāng)微濾膜壓力大于1.0kpa時(shí)，以無(wú)菌氮?dú)膺M(jìn)行反向吹掃，直至反應(yīng)結(jié)束；

c）微濾清液進(jìn)入電滲析設(shè)備中進(jìn)行脫鹽處理，料液流速300ml/min、濃液流速350ml/min、極液流速100ml/min，操作電流1a。電導(dǎo)率降至7ms/cm時(shí)，將電滲析清液由管線回流至發(fā)酵罐中，電滲析濃液收集排放。

（3）當(dāng)微濾操作結(jié)束時(shí)，以5l發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜進(jìn)行反沖洗，并將反沖洗液直接注入發(fā)酵罐中。

（4）當(dāng)發(fā)酵罐中1,3-丙二醇濃度大于90g/l時(shí)，從發(fā)酵罐中排除60%的發(fā)酵液進(jìn)入壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，并按照步驟（2）中b）、c）的工藝條件進(jìn)行發(fā)酵液處理，當(dāng)電導(dǎo)率降至0.1ms/cm時(shí)，將電滲析清液作為預(yù)處理產(chǎn)品回收，電滲析濃液收集排放。同時(shí)，在發(fā)酵罐中補(bǔ)加190l的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程。

經(jīng)過(guò)10個(gè)周期的發(fā)酵，共收集電滲析清液1950l，1,3-丙二醇濃度90.5g/l，共耗時(shí)336h，核算單批次發(fā)酵周期為33.6h，平均生產(chǎn)強(qiáng)度為2.69g/(l·h)。

實(shí)施例3

（1）取液體保藏的克雷伯氏桿菌（klebsiebllapneumoniae）菌種保藏液15ml加入含有2.5l種子培養(yǎng)基的3l一級(jí)種子罐中，進(jìn)行菌種活化培養(yǎng)。培養(yǎng)24h后細(xì)胞干重達(dá)到3.2g/l，轉(zhuǎn)入含有22.5l培養(yǎng)基的二級(jí)種子罐中，進(jìn)行菌種擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)18h后細(xì)胞干重達(dá)到3.0g/l，結(jié)束培養(yǎng)，將得到種子液接種至發(fā)酵罐中。培養(yǎng)條件：氮?dú)馔饬繛?.1vvm，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)200rpm，培養(yǎng)溫度為37℃，以5m的naoh調(diào)節(jié)ph為6.8。

（2）將步驟（1）得到的種子液通過(guò)管道，由無(wú)菌氮?dú)鈮喝牒?25l發(fā)酵培養(yǎng)基的發(fā)酵罐中。發(fā)酵過(guò)程中通入氮?dú)庖员３謪捬醐h(huán)境，氮?dú)馔ㄈ肓繛?.2vvm，攪拌速度為400rpm，溫度為37℃，以5mnaoh調(diào)節(jié)ph為6.8。

發(fā)酵過(guò)程中，在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐中甘油的消耗和電導(dǎo)率的變化，具體為：

a）通過(guò)液相分析系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中甘油的消耗情況、產(chǎn)物1,3-丙二醇以及副產(chǎn)物乙醇等的積累情況。通過(guò)流加甘油的方式，維持發(fā)酵體系內(nèi)甘油濃度在15～25g/l；

b）通過(guò)電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中電導(dǎo)率的變化。當(dāng)電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，開(kāi)啟罐底閥，將40l發(fā)酵液經(jīng)管道流入微濾系統(tǒng)的儲(chǔ)液罐中，并在操作壓力0.7kpa條件下進(jìn)行微濾處理，微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)的料液儲(chǔ)罐中。當(dāng)微濾膜壓力大于1.0kpa時(shí)，以無(wú)菌氮?dú)膺M(jìn)行反向吹掃，直至反應(yīng)結(jié)束；

c）微濾清液進(jìn)入電滲析設(shè)備中進(jìn)行脫鹽處理，料液流速300ml/min、濃液流速350ml/min、極液流速100ml/min，操作電流1a。電導(dǎo)率降至9ms/cm時(shí)，將電滲析清液由管線回流至發(fā)酵罐中，電滲析濃液收集排放。

（3）當(dāng)微濾操作結(jié)束時(shí)，以7.5l發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)微濾膜進(jìn)行反沖洗，并將反沖洗液直接注入發(fā)酵罐中。

（4）當(dāng)發(fā)酵罐中1,3-丙二醇濃度大于90g/l時(shí)，從發(fā)酵罐中排除80%的發(fā)酵液進(jìn)入壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，并按照步驟（2）中b）、c）的工藝條件進(jìn)行發(fā)酵液處理，當(dāng)電導(dǎo)率降至0.1ms/cm時(shí)，將電滲析清液作為預(yù)處理產(chǎn)品回收，電滲析濃液收集排放。同時(shí)，在發(fā)酵罐中補(bǔ)加200l的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程。

經(jīng)過(guò)10個(gè)周期的發(fā)酵，共收集電滲析清液2150l，1,3-丙二醇濃度91.5g/l，共耗時(shí)353h，核算單批次發(fā)酵周期為35.3h，平均生產(chǎn)強(qiáng)度為2.59g/(l·h)。

比較例1

按照cn1955304的方案，采用批次發(fā)酵模式，發(fā)酵規(guī)模與實(shí)施例1相同。經(jīng)兩級(jí)種子培養(yǎng)、48h發(fā)酵周期，共收集電滲析清液270l，1,3-丙二醇濃度85g/l，共耗時(shí)96h，平均生產(chǎn)強(qiáng)度為0.885g/(l·h)。

由比較例1和實(shí)施例1可知，本發(fā)明方案，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)1,3-丙二醇的連續(xù)發(fā)酵，在縮短單批次發(fā)酵周期的同時(shí)，能夠?qū)l(fā)酵生產(chǎn)強(qiáng)度維持在較高水平；另一方面，在連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中逐步完成了發(fā)酵液中成鹽離子的脫除，優(yōu)化發(fā)酵體系滲透壓的同時(shí)，階段性實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵液的預(yù)處理，發(fā)酵結(jié)束后所得的電滲析清液能夠直接進(jìn)行產(chǎn)品的提取，簡(jiǎn)化了分離工序。

比較例2

處理工藝及操作條件同實(shí)施例1，不同之處在于：只采用電滲析系統(tǒng)。

按照實(shí)施例1的步驟（1）進(jìn)行種子培養(yǎng)，并按照步驟（2）進(jìn)行發(fā)酵控制，通過(guò)電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)酵體系中電導(dǎo)率的變化。當(dāng)電導(dǎo)率大于14ms/cm時(shí)，開(kāi)啟罐底閥，將40l發(fā)酵液不經(jīng)微濾系統(tǒng)，直接進(jìn)入電滲析設(shè)備中進(jìn)行脫鹽處理，料液流速300ml/min、濃液流速350ml/min、極液流速100ml/min，操作電流1a。電導(dǎo)率降至9ms/cm時(shí)，將電滲析清液由管線回流至發(fā)酵罐中，電滲析濃液收集排放。

當(dāng)發(fā)酵罐中1,3-丙二醇濃度大于90g/l時(shí)，從發(fā)酵罐中排除80%的發(fā)酵液進(jìn)入壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，并按照步驟（2）中b）、c）的工藝條件進(jìn)行發(fā)酵液處理，當(dāng)電導(dǎo)率降至0.1ms/cm時(shí)，將電滲析清液作為預(yù)處理產(chǎn)品回收，電滲析濃液收集排放。同時(shí)，在發(fā)酵罐中補(bǔ)加200l的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程。

按照該工藝，由于發(fā)酵液中包括菌體在內(nèi)的固形物較多，電滲析過(guò)濾系統(tǒng)工作壓力較高，5次循環(huán)后電滲析系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

比較例3

處理工藝及操作條件同實(shí)施例1，不同之處在于：只采用微濾系統(tǒng)。

按照實(shí)施例1的步驟（1）進(jìn)行種子培養(yǎng)，并按照步驟（2）進(jìn)行發(fā)酵控制，當(dāng)發(fā)酵罐中1,3-丙二醇濃度大于85g/l時(shí)，從發(fā)酵罐中排除80%的發(fā)酵液進(jìn)入壓力驅(qū)動(dòng)式微濾系統(tǒng)中，并在操作壓力0.7kpa條件下進(jìn)行微濾處理，微濾清液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)的料液儲(chǔ)罐中。當(dāng)微濾膜壓力大于1.0kpa時(shí)，以無(wú)菌氮?dú)膺M(jìn)行反向吹掃，直至微濾處理結(jié)束。同時(shí)，在發(fā)酵罐中補(bǔ)加200l的發(fā)酵培養(yǎng)基，進(jìn)行下一周期的發(fā)酵過(guò)程。

經(jīng)過(guò)10個(gè)周期的發(fā)酵，共收集發(fā)酵液2050l，1,3-丙二醇濃度85g/l，共耗時(shí)522h，核算單批次發(fā)酵周期為52.2h，平均生產(chǎn)強(qiáng)度為1.63g/(l·h)。

與實(shí)施例1相比，由于沒(méi)有采用電滲析脫鹽的方式對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行處理，發(fā)酵體系中離子強(qiáng)度偏高，不利于菌體進(jìn)行1,3-丙二醇轉(zhuǎn)化，從而使生產(chǎn)強(qiáng)度偏低。

比較例4

處理工藝及操作條件同實(shí)施例1，不同之處在于：不對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。按照實(shí)施例1的過(guò)程進(jìn)行種子培養(yǎng)、發(fā)酵調(diào)控，以及發(fā)酵液經(jīng)微濾、電滲析脫鹽后的循環(huán)。不同之處在于不設(shè)置電導(dǎo)率14ms/cm的發(fā)酵液脫鹽處理啟動(dòng)點(diǎn)，即從發(fā)酵初期就開(kāi)始進(jìn)行發(fā)酵液的脫鹽處理。按照這種方案，由于發(fā)酵培養(yǎng)基中有益的無(wú)機(jī)鹽尚未被微生物利用，就在電滲析過(guò)程脫除，從而造成了發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)緩慢，發(fā)酵周期延長(zhǎng)，發(fā)酵水平很低。