Ru基负载型催化剂对2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮加氢效果的影响

以γ-Al_(2)O_(3)为载体、贵金属Ru为活性组分,制备了Ru基单金属催化剂Ru/Al_(2)O_(3),并以2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮(TMCB)为原料,在高压反应釜加氢反应评价装置上进行催化加氢合成2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇(CBDO)的工艺研究,并考察了相关工艺条件对加氢反应TMCB转化率和CBDO选择性的影响。实验结果表明,适宜反应条件为反应温度120℃、反应时间2 h、H_(2)压力4 MPa,在此条件下,TMCB的转化率为100%,CBDO的选择性为70.4%,顺反异构比为1.03。

生物基化学品2,3-丁二醇的研究进展

从2,3-丁二醇的发酵研究(菌株、非粮碳源、发酵工艺)和下游处理技术两方面对生物法生产2,3-丁二醇的研究进展进行了概述,并对不同的分离方法进行了比较,指出降低2,3-丁二醇的生产成本应从菌种选育、发酵工艺优化及高效廉价节能的分离工艺研究出发,并在此基础上进行系统优化、展开2,3-丁二醇的应用研究是今后生物法生产2,3-丁二醇研究应关注的问题.

2,3-丁二醇的发酵及盐析分离工艺

采用克雷伯氏菌(Klebsiella pneum oniaeC ICC 10011)发酵生产2,3-丁二醇,并对2,3-丁二醇的盐析分离工艺进行了考察。通过实验确定了以葡萄糖为底物微氧批式流加发酵的条件,发酵液中2,3-丁二醇和3-羟基丁酮的质量浓度分别为90.98 g/L和12.40 g/L,2,3-丁二醇的摩尔转化率为82.7%,生产强度达到2.1 g/(L.h)。对发酵液中2,3-丁二醇的盐析分离研究表明,K2HPO4和K3PO4对2,3-丁二醇的盐析效果优于K2CO3。当发酵液浓缩70%后,加入质量分数为45%的K2HPO4,2,3-丁二醇的分配系数达到9.10,回收率为79.37%;上相中2,3-丁二醇的质量浓度达到420 g/L;此时3-羟基丁酮的分配系数和回收率分别为11.9和83.48%。

2,3-丁二醇的絮凝预处理研究

为使生物法制备2,3-丁二醇的后续分离纯化过程顺利进行,研究了絮凝法预处理2,3-丁二醇发酵液。选用10种絮凝剂,以絮凝率和蛋白去除率为指标,分别考察了絮凝剂、质量浓度、pH值、温度和搅拌时间等条件对2,3-丁二醇发酵液的絮凝效果、浓度及后续萃取过程的影响,得出较优絮凝条件:以氯化铁为絮凝剂,质量浓度为23 g/L,pH值5.1,温度为20—50℃,搅拌时间15 m in,静置20 m in。在此工艺条件下,2,3-丁二醇的絮凝率和蛋白去除率均可高达98%以上,为后续的分离纯化过程奠定基础。

产酸克雷伯氏杆菌发酵产2,3-丁二醇的培养基优化

采用不同设计方法相结合的策略对耐高糖产酸克雷伯氏杆菌(Klebsiella oxytoca)ME-UD-3-4发酵产2,3-丁二醇的培养基进行优化。首先在单因素实验的基础上采用Plackett-Burman设计法对影响ME-UD-3-4发酵产2,3-丁二醇的相关因素进行研究,筛选到3种有显著效应的因素(P<0.05):葡萄糖、玉米浆和MgSO4.7H2O。然后利用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)对这3种因素的最佳水平范围进一步探讨;对得到的回归模型进行分析,得最佳条件(g/L):葡萄糖220、玉米浆19和MgSO4.7H2O 0.4;在最佳条件下,发酵80 h,2,3-丁二醇产量从原来的57.3 g/L提高到86.1 g/L,生产强度由0.72 g/(L.h)提高到1.08 g/(L.h)。

2,3-丁二醇分离纯化中反应精馏工艺

乙醛-环己烷反应萃取体系能够有效分离发酵液中的2,3-丁二醇。文章重点研究了2,3-丁二醇-乙醛反应萃取液的连续水解精馏工艺,为工业化生产提供理论基础。水解精馏使用阳离子交换树脂HZ732为水解催化剂,以2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环(2,3-丁二醇-乙醛缩醛)水解率为指标,考察了反应段温度、反应段级数、进料速度、进料油水比(2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环和水摩尔比)和回流比的影响。通过实验得到优化水解精馏工艺条件为:反应段平均温度90℃,反应段理论板数为20,进料油水比为0.6,进料速度0.2 h-1。在该条件下2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环水解率为73%,未水解2,4,5-三甲基-1,3-二氧戊环被回收。水解液经精馏得到2,3-丁二醇产品,纯度(质量分数)>96%,总收率≥93%。开发了连续水解精馏工艺,为整个工艺工业化实践提供了参考。

多粘类芽孢杆菌同步糖化发酵玉米粉生产(R，R)-2，3-丁二醇

【目的】对多粘类芽孢杆菌Paenibacillus polymyxa的玉米粉同步糖化发酵工艺进行优化,以获得低成本、高效的(R,R)-2,3-丁二醇生产技术。【方法】研究玉米粉浓度、氮源种类和氮源浓度对菌体生长、耗糖能力以及(R,R)-2,3-丁二醇产量、产率、得率和转化率的影响,并在此基础上进一步考察培养基中其它成分对(R,R)-2,3-丁二醇发酵的影响。【结果】优化后的培养基组分为玉米干粉140g/L,酵母粉30g/L,Na_2HPO_4 3g/L,KH_2PO_43g/L,(NH_4)2SO_42g/L,MgSO_40.8g/L,微量元素溶液2mL/L。使用优化后的培养基进行同步糖化发酵,发酵50h后(R,R)-2,3-丁二醇产量达到56.28g/L(光学纯度为98.3%),对葡萄糖的得率为0.44g/g,产率为1.13g/(L·h)。【结论】(R,R)-2,3-丁二醇生产技术低价高效,可为其工业化生产提供参考。

AsA-GSH循环参与2,3-丁二醇、2R,3R-丁二醇诱导后匍匐翦股颖的抗病反应

用250μmol/L的2,3-丁二醇(2,3-BD)与100μmol/L的2R,3R-丁二醇(2R,3R-BD)注射至匍匐翦股颖根部后接种立枯丝核菌,诱导匍匐翦股颖对褐斑病的抗性。测定两诱导剂处理对立枯丝核菌发病率的影响,分析诱导后匍匐翦股颖叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环中关键酶活性及氧化还原水平变化情况,确定2,3-BD与2R,3R-BD在诱导匍匐翦股颖抗病性过程中,抗坏血酸-谷胱甘肽循环的变化及其与抗病性的相关性。结果表明,2,3-BD与2R,3R-BD处理匍匐翦股颖后明显降低接菌后的病叶率,同时叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性增幅低于对照,谷胱甘肽还原酶(GR)活性提高,还原型抗坏血酸(AsA)含量呈前期减少后期增加趋势,脱氢抗坏血酸(DHA)含量在第1,9天出现两次高峰,与对照相比显著提高,且两处理的AsA/DHA在第5天达到最大值,分别为对照的5.0,3.4倍,还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著提高,并且两处理的GSH与氧化型谷胱甘肽(GSSG)比值在第9天达到最大值,分别为对照的2.34,1.66倍。2,3-BD与2R,3R-BD诱导匍匐翦股颖抗褐斑病的过程中,抗坏血酸-谷胱甘肽循环维持较高效率参与植物抗病反应。

2R,3R-丁二醇和2,3-丁二醇诱导匍匐翦股颖抗病性的比较

以2R,3R-丁二醇和2,3-丁二醇作为诱抗剂,在诱导匍匐翦股颖产生对褐斑病抗性的过程中,重点比较了不同施用方式的诱抗效果,筛选出了诱抗剂的最佳作用方式和浓度。结果表明:匍匐翦股颖接菌后第15d,2R,3R-丁二醇根部注射处理下,100μmol/L的病情指数最低,诱导效果最佳;而与叶面喷施相比,叶面喷施的诱导效果不明显;2,3-丁二醇根部注射处理下,250μmol/L的病情指数最低,诱导效果最佳,而与叶面喷施相比,叶面喷施的诱导效果不明显。结果表明,100μmol/L的2R,3R-丁二醇与250μmol/L的2,3-丁二醇根部注射可有效诱导匍匐翦股颖产生对褐斑病的抗性。

利用絮凝及双水相萃取分离纯化发酵液中的R，R-2，3-丁二醇

针对Paenibacillus polymyxa ZJ-9一步法发酵菊芋菊粉粗提液制备R,R-2,3-丁二醇的发酵液特点,利用壳聚糖对该发酵液进行絮凝研究。结果表明,壳聚糖分子量、壳聚糖用量、助凝剂海藻酸钠用量、pH和搅拌时间分别为:43.5 kDa、0.75 g/L、0.125 g/L、5.0和15 min时,絮凝效果最佳,在此工艺条件下,发酵液中菌体和蛋白质的絮凝率分别高达89.46%和78.93%,而R,R-2,3-丁二醇保留率约为98.54%。利用双水相萃取技术对絮凝后的发酵液中R,R-2,3-丁二醇进行了分离,结果表明,异丙醇/硫酸铵双水相体系萃取效果最好,当异丙醇和硫酸铵的用量分别约为33%和30%(w/w)时,R,R-2,3-丁二醇在上相的分配系数和萃取率最高,分别约为7.96和89.40%,且异丙醇/硫酸铵双水相体系能够有效萃取分离絮凝后的发酵液中不同含量的R,R-2,3-丁二醇。絮凝和双水相萃取技术分离发酵液中R,R-2,3-丁二醇具有针对性强、效率高、成本低等优点,适用于工业化生产。

克雷伯氏肺炎杆菌群体感应系统缺失对合成2,3-丁二醇的影响

通过同源重组技术敲除克雷伯氏肺炎杆菌的luxS基因,使其群体感应系统失活,研究突变株在2,3-丁二醇发酵培养基中的生长状况及对2,3-丁二醇合成的影响;同时检测对其他副产物合成的影响,通过对野生株和luxS突变株发酵合成2,3-丁二醇的结果进行研究发现,与野生株相比,失去了群体感应功能的luxS突变株利用同样质量浓度的葡萄糖合成2,3-丁二醇的能力提高了47.75%,同时琥珀酸、乳酸和乙醇等主要副产物的质量浓度大幅降低。

发酵条件对产2,3-丁二醇Klebsiella pneumoniae代谢的影响

通过批式发酵实验考察了通气量和pH对产2,3-丁二醇的Klebsiella pneumoniae CICC 10011代谢特性的影响,确定了发酵2,3-丁二醇的最适条件为:通气量0.10 vvm,pH值5.8。在该条件下发酵8 h,目标产物浓度达到15.76 g/L,产物得率为0.32 g/g葡萄糖,生产强度为1.97 g/(L.h)。对发酵过程中细胞生长和主要代谢产物的形成进行分析,结果表明,早期乙酸的形成有利于目标产物2,3-丁二醇的积累,后期有机酸用作底物维持细胞生存。调节底物浓度、通气量和pH,使细胞尽早产生足够的乙酸,维持较长的对数生长期是发酵生产2,3-丁二醇的关键。

(2R,3R)-1,4-二甲氧基-1,1,4,4-四苯基-2,3-丁二醇合成方法研究进展

(2R,3R)-1,4-二甲氧基-1,1,4,4-四苯基-2,3-丁二醇是一类应用广泛的手性二醇,本文从绿色化学的角度综述了其合成方法的研究进展。本课题组通过(2R,3R)-1,1,4,4-四苯基丁四醇的区域选择性反应设计新的合成方案,缩短了合成路线,用常规试剂如甲醇、氯化亚砜和无机碱液等取代了DDQ(2,3-二氯-5,6-二氰-1,4-苯)、LiAlH4、NaH和MeI等化学试剂,发展出高效、便捷、绿色化程度较高的合成方案。

不同有机酸对粘质沙雷氏菌合成2,3-丁二醇的影响

考察了不同的短链有机酸对粘质沙雷氏菌合成2,3-丁二醇的影响,结果表明乙酸、乳酸、丙酮酸、琥珀酸、延胡索酸和柠檬酸均能在一定程度上提高2,3-丁二醇的产量,其中乙酸的效果最为明显,在基础培养基中添加6 g/L乙酸,与对照相比,2,3-丁二醇的产量提高了91.06%,此外菌体干重也提高了58.28%。为了揭示其中的调控机制,构建了启动子:lacZ融合报告载体,lacZ活性测定显示六种有机酸均可提高报告基因β-半乳糖苷酶的表达,其中乙酸可提高β-半乳糖苷酶活性近4倍,暗示六种有机酸促进2,3-丁二醇的合成可能与诱导该合成途径相关基因的表达有关。

爪形大分子柠檬酸-1，3-丁二醇-硬酯酸-十六醇的合成、表征与降滤性质研究

以1,3-丁二醇、柠檬酸为原料,设计、合成了以1,3-丁二醇为核心的柠檬酸-1,3-丁二醇-柠檬酸(CBC)爪状物小分子;再用酯化反应依次与带有功能化集团的硬酯酸、十六醇接枝合成了多元酯类爪形大分子柠檬酸-1,3-丁二醇-柠檬酸-硬酯酸-十六醇(CBC-SH).采用核磁共振、红外光谱对合成的两种化合物进行了结构表征,表明合成的CBC和CBC-SH与所设计的分子结构相吻合.元素分析确定了CBC和CBC-SH的化学组成依次为C16H22O14和C98H184O15.合成的CBC-SH溶于非极性的有机溶剂,不溶于水.将CBC-SH按600μg/g的加剂量添加到不同的轻柴油中,柴油的冷滤点可降低6℃.

玉米秸秆水解液发酵联产氢气与2,3-丁二醇的初步研究

选用实验室自行筛选的Klebsiella pneumoniae ECU-15,进行了玉米秸秆水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的初步研究。结果表明:以葡萄糖为碳源时,两目标产物随培养条件的改变呈现相同的变化趋势,且最佳发酵温度为37℃,最佳pH为6.0,最佳初始糖浓度为30 g/L;不同比例葡萄糖/木糖为混合碳源时,均能实现氢气和2,3-丁二醇的联产过程,但随着木糖含量的增加,细胞产量、氢气产量和2,3-丁二醇的产量都有所下降,并且木糖的存在会降低葡萄糖的消耗速率;实验最后以玉米秸秆水解液和同比例模拟合成培养基为底物,初步探明了该菌株利用水解液发酵联产氢气和2,3-丁二醇的可行性,最终氢气产量为0.65 v/v,产氢得率为0.43 mol/mol sugar;2,3-丁二醇产量为5.05 g/L,得率为0.82 mol/mol sugar。

1,4-丁二醇双子琥珀酸聚醚(3)异辛基混合双酯磺酸钠的合成与性能

采用自制的碳基固体酸为双酯化反应催化剂，反应过程无需溶剂、中间产物无需分离等对环境友好的工艺，在常压下合成了1，4-丁二醇双子琥珀酸聚醚（3）异辛基混合双酯磺酸钠（GSS4AE03—62）。对各步反应条件进行了考察，得到的最佳工艺条件为：单酯化反应：n（顺酐）：n（1，4-丁二醇）=2．15：1．00，反应温度110℃，反应时间2．0h，在该条件下得到产率为99．23％的单酯化产物；双酯化反应I：n（顺酐）：n[聚醚（3）]=1．00：0．55，纠（碳基固体酸）=1％（以顺酐质量计），反应温度170℃，反应时间2．0h，双酯化反应Ⅱ：n（顺酐）：n（异辛醇）=1．00：0．60，反应温度220℃，反应时间4．5h，在该条件下得到产率为94．36％的双酯化产物；磺化反应：n（顺酐）：n（亚硫酸氢钠）=1．00：1．05，反应温度140℃，反应时间5．5h。产物经IR、GC／MS进行结构表征，测定了其表面性能、应用性能和毒理性，并与磺基琥珀酸聚醚（3）异辛基混合双酯钠（AEOSS3）、1，4．丁二醇双子琥珀酸二异辛酯磺酸钠（GSS462）进行了比较。结果表明，GSS4AE03—62的临界胶束浓度比AEOSS3、GSS462低1—2个数量级，而且毒性低。

产2，3-丁二醇的产气肠杆菌株的诱变和筛选

以产气肠杆菌为原始菌株,采用紫外线、亚硝基胍复合诱变进行诱变育种,以产酸圈和产物耐受相结合的筛选方法,获得了1株高产2,3-丁二醇的优良突变菌株,其产量达到24.20 g/L,比原始菌株(6.28 g/L)提高了3.8倍,且遗传性质稳定。该诱变方法和筛选方法目标明确,易操作,对于其他具有工业应用价值菌株的筛选有一定的借鉴意义。

粘质沙雷氏菌G1利用玉米浆干粉和磷酸氢二铵生产2,3-丁二醇的研究

研究了几种工业氮源对粘质沙雷氏菌G1发酵生产2,3-丁二醇的影响,在确定玉米浆干粉为氮源的基础上,利用Plackett-Burman(PB)实验和响应面法(RSM)实验对玉米浆干粉和磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]的浓度进行了优化,确定优化培养基(g·L-1)为:蔗糖90,玉米浆干粉20.32,(NH4)2HPO47.21,NaAc 4,柠檬酸钠14,MgSO40.5,Fe-SO40.02,MnSO40.01。并以此优化培养基进行了摇瓶和分批补料发酵,结果表明,摇瓶发酵中,90g·L-1的蔗糖最终被转化成43.06g·L-1的2,3-丁二醇;分批补料发酵中,2,3-丁二醇浓度为128.28g·L-1,产率为2.67g·L-1·h-1,转化率为0.48g·g-1蔗糖。以玉米浆干粉和(NH4)2HPO4为氮源,2,3-丁二醇浓度较高,培养基的成本大幅降低,为工业化生产奠定了基础。

氮源控制对玉米芯残渣同步糖化发酵生产2,3-丁二醇的影响

以2,3-丁二醇生产为研究对象,对同步糖化发酵系统中氮源控制的影响进行了研究。对于不同氮源,微生物表现出利用差异性,从而导致不同的发酵结果。结合以上特性,可以使用发酵过程补氮控制及不同氮源组合方式来达到氮源结构优化目的,从而获得更高的产物转化率。结果表明,利用发酵过程分批补氮方式获得了27.625 g/L的2,3-丁二醇终产量,较单次投入酵母浸粉(21.273 g/L)提高了29.86%,利用酵母粉与尿素组合的方式获得了28.582 g/L的2,3-丁二醇终产量,较单独使用尿素(25.295 g/L)提高了12.99%。