论文部分内容阅读
α-酮戊二酸(α-KG)和丙酮酸(PYR)作为重要的有机酸,在食品、化工、医药领域具有广泛的应用。这两种酮酸具有较高的商业价值(12-15$·kg-1),价格远高于其他有机酸。目前,利用解脂亚洛酵母发酵法生产α-KG是最具竞争力的生产方法。但是在生产α-KG的过程中,不仅会积累一定量的PYR,而且发酵周期较长,间接增加了生产成本。为了使生产效益最大化,本文对解脂亚洛酵母发酵联产两种酮酸进行了优化,并研究对比了三种不同的分离纯化方法对发酵液中酮酸分离效果的影响,建立了简单高效分离发酵液中的α-KG和PYR的方法。主要研究成果如下:(1)以本研究室前期筛选的诱变菌株Yarrowia lipolytica WSH-Z06 C3为出发菌株,来高效联产α-KG和PYR。在摇瓶水平上比较了氮源浓度、接种量对酮酸联产的影响,确定了种子液最佳氮源添加量为4 g·L-1,最佳接种量为12%。在15 L发酵罐水平上比较了溶氧控制参数和硫胺素浓度对酮酸联产的影响。结果表明,溶氧水平控制在50%时,发酵96 h酮酸总产量高达53.4 g·L-1,通过两阶段溶氧调控,酮酸总产量高达64.7 g·L-1,比未调控前提高了21.2%。硫胺素最佳浓度为0.2?g·L-1,α-KG和PYR分别高达24.5 g·L-1、53.7 g·L-1。与未优化的对照相比,酮酸总产量提高了57.9%。(2)利用离子交换法分离发酵液中的α-KG和PYR。比较了8种不同类型的离子交换树脂对酮酸吸附的影响,筛选出了一种优先吸附α-KG的D318树脂。考察了接触时间、温度以及pH对D318树脂静态吸附酮酸的影响,并比较了动态洗脱条件(洗脱剂的选择、洗脱剂的浓度、pH、流速)对D318树脂洗脱分离α-KG和PYR的影响。结果显示D318树脂不能有效地分离发酵液中的α-KG和PYR。(3)结合钙盐沉淀法和有机溶剂萃取法分离发酵液中的α-KG和PYR。比较了三种钙盐对发酵液中的α-KG的沉淀效果,确定CaCO3为纯化α-KG的最佳沉淀剂,α-KG的纯度和回收率分别高达84.5%、99.2%。但分离两种酸时发现,在偏中性和高温条件下,PYR由于不稳定易聚合,钙盐沉淀法不适合于两种酮酸的分离。又比较了不同有机溶剂对α-KG的提取效果,确定乙酸乙酯为纯化α-KG的最佳萃取剂,此过程中,α-KG和PYR的最终收率分别为92.5%、89.2%。在高真空条件下蒸馏PYR继续进行分离,纯度可达99.2%和98.5%。(4)利用吸附层析法分离发酵液中的α-KG和PYR。比较了两种吸附剂以及三种洗脱体系对酮酸分离的影响,确定了硅胶为最佳吸附剂,乙酸乙酯与石油醚的混合溶剂为最佳洗脱体系。比较了径高比、流速、硅胶目数以及上样方式对酮酸分离的影响。吸附层析最佳过程参数为:径高比为1/4,洗脱流速为7 mL·min-1,硅胶目数为200-300目,上样方式为湿法。最后将层析柱扩大到?50?500 mm,α-KG的纯度和回收率分别为86.7%和98.7%,PYR的纯度和回收率分别为70.9%和99.1%。