第八章-甘油发酵20081118

第八章甘油发酵大连大学生物工程学院二00八年十一月甘油发酵生产现状

应用领域：广泛用于化工、医药、化妆品、食品加工和日常生活等诸多方面，约在2000多种产品中含有甘油成分。

生产方法：天然油脂皂化和水解；丙烯氯化法和丙烯氧化法；微生物发酵法

我国与国外差距（1）残糖高，……（2）规模化较少，……市场构成与西方发达国家差异中国：涂料，49%；医药食品，10%美国：涂料，10%；医药食品，＞

54%目前我国的甘油供需缺口很大，2005年甘油需求超过10万吨，其中进口约6万吨，随着我国以甘油为原料生产1,3-丙二醇的大力发展，预计到2010年我国甘油的需求将达到20万吨以上。第一节甘油发酵生产菌种

绝大多数为酵母菌。1945年Nicherson等筛选出产酸结合酵母，1958年Peterson发现柳氏结合酵母，1960年报道木兰球拟酵母I2B2只产甘油而无其他副产物，1960年Dawson研究了用耐高渗透压酵母连续生产甘油的新工艺，受到人们的高度重视。1986年和1989年德国明斯特大学的Bisping等先后利用固定化酿酒酵母，半连续间歇发酵和间歇流加发酵生产甘油，1990年用耐高渗透压毕赤氏酵母实现了半连续间歇流加发酵法生产甘油，产量达86g/L。

第二节甘油发酵工艺

厌氧条件下，酵母大量的将葡萄糖转变成乙醇，而产物中只有很少的甘油，在酵母菌的其他厌氧发酵产品中（白酒、葡萄酒、黄酒等），甘油的含量也很少。

酒精发酵（酵母的第Ⅰ型发酵）

alcoholicfermation甘油发酵（酵母的第Ⅱ型发酵）利用糖酵解途径进行甘油发酵酒精发酵之初：

即：

-磷酸甘油脱氢酶

磷酸二羟丙酮+NADH+H+

-磷酸甘油+NAD+

磷酯酶

-磷酸甘油+H2O甘油+PiCNADH+H+

-磷酸甘油当有了乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘油的积累。思考题：甘油高产发酵的代谢调控要点是什么？

2ATP

2CO2

NaHSO3

2ATP3-磷酸甘油醛

丙酮酸

乙醛

乙醛加

成物

PiG

1，6-二磷酸果糖2HEMP途径磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油甘油

一、亚硫酸盐法甘油发酵(酵母菌的Ⅱ型发酵)二、碱法甘油发酵(酵母菌的Ⅲ型发酵)

三、发酵法甘油生产过程1、原料淀粉质、糖质和纤维质。2、工艺路线

（1）厌氧亚硫酸盐法所用原料为淀粉质或糖蜜、亚硫酸钠及其他营养盐。培养基灭菌后冷却降温接入酿酒酵母，于30～32℃控温发酵2～3d，发酵液即可进入提取阶段回收甘油。厌氧甘油发酵缺点菌体死亡率较高，碱性条件；无能量产生；转化率较低，按照上述能量平衡计算，糖与甘油的转化率不可能超过50%，加上酵母增殖需要消耗一部分糖，发酵液中残留一部分糖，实际转化率远低于50%，导致了厌氧发酵生产甘油的成本较高。好氧发酵适当好氧条件下，糖酵解产生的丙酮酸可以通过TCA循环来增加其产能水平，一方面减少3—磷酸甘油醛向乙醛方向进行，增加底物向产物转化的比例；另一方面，增加了细胞能量水平，减少了细胞的死亡率，有利于提高发酵的速率，缩短发酵周期。但是，这种有限的好氧发酵，使得丙酮酸进行TCA循环的同时，也增加了TCA循环过程中的许多中间性产物的产生，这对于甘油的提取带来了不利的影响。（2）耐高渗透压酵母好氧发酵法

（3）影响发酵的因素随生产菌种和原料的变化，影响甘油产率和菌种发酵速度的因素可归纳为：C、N源的种类和配比，金属盐的选择，发酵温度，pH及通风量的确定等。例子：利用热冲击处理技术来提高甘油的产量背景：（1）酵母在比常规发酵温度髙10～20℃的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加。（2）Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压耐受力（3）Toshiro发现热冲击可使胞内3－磷酸甘油脱氢酶的活力提高15～25％，并导致甘油产量提高实验：甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的，因此可望通过热冲击来提高发酵甘油的产量正交条件A冲击温度（℃）

40，45，50B开始时机（h）8，16，30C冲击时间（分）15，30，60结果发酵16小时，45℃冲击30分钟最佳，发酵96小时后甘油浓度提高32.6％，两种方法亚硫酸盐法:碱法甘油发酵:酵母酒精发酵的发酵液pH值调至碱性，保持在pH7.6以上，则2分子乙醛之间发生歧化反应，1分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛失去了作为受氢体的作用，NADH+H+

只好用于还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油将亚