微生物丙三醇的生产及研究进展

摘 要：丙三醇大多是使用油脂皂化、水分解以及丙烯反应制造出来的化工品，在微生物制造方面是一种新型的开发探索范畴。制造丙三醇是由酿酒以及耐透压酵母、单细胞藻类、细菌共同生产的。微生物在构成丙三醇时使用的原料、机制还有提取时都各自有各自的特征。即使现在微生物合成丙三醇行业潜能遭遇这巨大的挑战，不过从现在对丙三醇的探索进程来讲，能够预测到使用丙三醇的需求会越来越多，其生产成本会越来越低，所以因势利导进行丙三醇的研究有着广阔的远景。

关键词：丙三醇；微生物；进展

丙三醇就是我们经常说的甘油，是多羟基醇的一种，广泛的用在化工以及树脂化工中，同时在药品、化妆品、烟、牙膏以及食品中也有普遍的使用。在最开始制造丙三醇主要使用油脂以及水解，在上世纪四十年代经济发达的国家已经使用化学合成的方式制造丙三醇，经济欠发达的地区依旧使用肥皂制造丙三醇，这两种制造方式生产的丙三醇占市场中丙三醇总量的百分之九十以上。不过伴随着国内洗涤剂的广泛推广，使用肥皂生产的丙三醇产量下降，在国内很长一段时间内出现丙三醇供不应求的现象，探索微生物制造丙三醇是一种必然的结果。使用微生物制造的丙三醇具有极高的安全性，类似于绿色物品，伴随着国内消费构造的改变能够预测到这类丙三醇在市场中的挑战优势很显著，并且在经济欠发达的国家提供微生物制造丙三醇的原料价格低廉，能够从酿酒酵母中抑或耐渗透压酵母中选择其一制造丙三醇，在热带海域干旱位置使用藻类制造丙三醇只需要借助二氧化碳以及阳光即可，因此在本世纪伴随着原始制造丙三醇原料的缺乏以及生物科技的前进，运用微生物方式制造丙三醇具有更加显著的优势。现在已经有很多使用微生物制造丙三醇的研究报告。不过微生物制造丙三醇的开发大多是在试验室内开展的，微生物制造丙三醇进入工业领域以及化学领域的商品挑战从探索的发展程度看，伴随着制造技术的提升，造价的减少以及商品品质的提升所以它的潜能是很大的，在国内首先出现的是发酵方式制造丙三醇。下文中讲述了从材料、制造体系、提取以及制造潜能这些方面对微生物制造丙三醇展开了详细的说明。

1 微生物丙三醇的生产

1.1 微生物丙三醇生产的原料

石油存储量的干涸，进而转变方式，从生物技术方面获取居民生存生活能源的关键方法。用于制造丙三醇的酵母以及细菌能够使用可再生的低价糖蜜和粗淀粉制造。主要在木薯干片、玉米以及木薯淀粉中提取粗淀粉，这些作物在国内种植量大。在国内南方区域内主要使用木薯干片发酵制作丙三醇，主要是因为这种作物需要花费的成本不高，只要把其碾碎，再浸泡，酶法水解再过滤就能够成为制作丙三醇的物料，经实验证实制糖效果不如木薯干片的成果好。在国内北方地区，可以使用种植量最多的玉米作为物料，在玉米淀粉中适当加入别的营养就能够生产出同样的丙三醇，所获取的经济以及社会利益效果是一样的。

除此之外，在沿海抑或干旱的区域内使用培养藻类制造丙三醇比较合适，藻类培养使用的制造原理海水以及二氧化碳大多不需要成本，藻类培养还能够一起制造出丙三醇、动物饲料以及胡萝卜素等。

1.2 微生物丙三醇的生产机制

1.2.1 化学转向酵母途径

化学转向酵母途径曾经一次大战中德国用于工业化生产 1000t/ 月丙三醇。其生产机理是在基本培养基下用酿酒酵母对蔗糖和葡萄糖等己糖进行厌氧酵解，通常其主要酵解产物为酒精， 如（1）、（2）式， 当把EMP途径中乙醛作为氢的受体， 用 Na2SO3固定或通过Cannizzaro 反应由碱使乙醛形成乙酸和乙醇， 于是EMP 途径中由己糖产生的其他丙糖就作为主要的氢受体还原为丙三醇， 化学计量反应式如下：

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

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

在工业化得制作过程中对硫氧粉运用量是有约束的，如果使用太多的硫氧粉会使酵母变得有毒，所以丙三醇使用糖的转化率是百分之二十到百分之二十五，客观上来讲是百分之五十一。糖度达到百分之二十的时候添入碳酸钠，差不多百分之二十五的丙三醇能够转化。运用糖蜜当做底料时，使用蒸馏水、溶剂等以往的方式提炼丙三醇就不是很经济划算的，所以这种商品回收率以及转化率和产率太低是工业上放弃使用这种方式的根本原因。

1.2.2 耐渗透压环境的丙三醇合成

在高渗透压环境下丙三醇是丝状真菌、藻类、昆虫、甲壳动物、脊椎动物中主要的渗透压调节剂，这是生物体细胞内积累低相对分子质量溶质以适应高渗透压环境， 调节细胞内外渗透压平衡维持生命的自然选择结果。在渗透压允许的条件下丙三醇可以对细胞中的酶和生物大分子的结构进行较大程度的保护，而且丙三醇的溶解性和粘度几乎不随其浓度的增加而受影响。基于这种生物适应环境的生理机制， 筛选高产丙三醇的耐渗透压酵母和藻类可以进行丙三醇的生产。

1.3 微生物丙三醇的提取

在发酵液里面提取丙三醇包含：①分开发酵液里面的细胞；②分开得到的清液使用酸碱调节为中性，过滤掉不能够稀释的固体物质，处置完毕使用多功能的蒸发设施进行浓缩，同时能够消灭乙醛以及乙醇这类发挥物体，最终在真空蒸馏中提取压缩的丙三醇，使用活性炭去除里面的颜色，获得工业中使用的丙三醇。使用亚硫酸盐方式发酵制作丙三醇的过程中，先使用蒸馏压缩的丙三醇发酵液，并且消灭其中的乙醛以及乙醇等物质，在对压缩液体进行纯化，在提取丙三醇的过程中大约会损耗掉百分之五到百分之十，因此使用溶剂提炼丙三醇花费较多。使用耐渗透压方式提取丙三醇回收方式和亚硫酸盐的做法差不多，这里使用方慧英策划的介质蒸馏措施解决了丙三醇真空蒸馏时速度慢、杂质多的难题，蒸馏率能达到百分之九十五以上，这确保了制造工业使用丙三醇的供应。

2 结束语

在我国因洗涤剂的普遍使用油脂的皂化和水解生产丙三醇产量有限，10年前从国外引进的化学合成装置因生产成本过高而无法生产， 因此我国丙三醇缺额将长期存在， 发展微生物丙三醇生产途径已无可取代。随着耐渗酵母途径的出现转向剂酵母途径逐渐淘汰，耐渗酵母途径可得到高产率的丙三醇， 可在采用自动控制设备， 降低劳动强度； 高密度细胞发酵， 提高生产强度上提高经济效益。细菌途径生产丙三醇还值得大量的研究。Dunaliell. sp 藻类培养生产丙三醇如收获藻体的方法得到改进则潜力较大，C.sp 则可以进行连续生产丙三醇， 也是一个产业化潜力较大的新领域。目前面临的主要困难是下游技术。传统的分离方法如离心、蒸发、蒸馏、液液萃取能量消耗及成本较大。耐渗透压酵母丙三醇的工业生产中虽然杂质成分与皂化和合成的丙三醇不同， 产品含有少量酸性物质， 但经过本单位近来的研究攻关产品质量已达医药级标准。时代在前进， 技术在不断进步。微生物丙三醇的生产工业正在起步， 相信利用基因工程手段筛选出更优良的工业生产菌株， 发展新的方法如超滤、反渗透、离子交换技术等提取手段， 采用先进的发酵技术和生产控制设备将使微生物丙三醇的生产水平迈入一个新的时代。

参考文献

[1]金海如.微生物丙三醇的生产及研究进展[J].日用化学工业，2000.