CN102321680B - 一种二元醇与有机酸联产与分离方法 - Google Patents

一种二元醇与有机酸联产与分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物工程技术领域，提供了一种二元醇与有机酸联产与分离方法。其特征是以生物转化甘油或葡萄糖等产二元醇的Klebsiella pneumoniae为研究对象，通过加压发酵和碳酸盐调节发酵pH-盐析萃取-CO2固定化耦合生产二元醇和有机酸，通过两步盐析萃取将1，3-丙二醇和2，3-丁二醇与乳酸和琥珀酸分离。本发明既可以通过控制不同的发酵条件，在同一培养体系中实现不同二元醇和有机酸的联产，提高原料利用率；同时对发酵中产生的尾气二氧化碳进行回收利用，解决了发酵行业二氧化碳排放的共性问题。本发明建立了高效、低成本的发酵-分离-CO2固定化集成的新工艺，为CO2回用联产其它化学品提供借鉴。

Description

一种二元醇与有机酸联产与分离方法
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，涉及到微生物发酵联产和二氧化碳回收利用技术，特别涉及一种二元醇与有机酸联产与分离的方法。
背景技术
在能源需求不断扩大、石油资源供应不稳定的情况下，以可再生生物质资源为原料的生物炼制技术越来越受到国内外研究学者的高度重视，尤其是利用工业生物技术生产的生物质能源和生物基大宗化学品，如燃料乙醇、生物柴油、生物气、生物氢气以及1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、乳酸、琥珀酸、丁醇/丙酮等。其中，1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、乳酸和琥珀酸等都备受关注、也是最有工业化前景的二元醇和二元酸类发酵产物。1，3-丙二醇和2，3-丁二醇都是重要的化工原料，具有广泛的应用领域，如用作溶剂、合成药物中间体、汽车抗冻剂、润滑剂、添加剂以及聚合物单体等。由于二者结构和性质存在差异，应用上也稍有区别。1，3-丙二醇主要用途是生产高品质的聚酯材料——聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)。2，3-丁二醇可以用于合成手性药物中间体，可以转化生成甲乙酮、2-丁烯、1，3-丁二烯、乙偶姻和二乙酰等重要化合物。近几年1，3-丙二醇与2，3-丁二醇的混合物与对苯二甲酸合成新的聚酯材料也已引起人们的关注。有机酸(甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸等)作为生产前景广阔的化工原料和中间体，在很多领域都有着广泛的应用。其中乳酸可用作防腐剂、调味料及酸味剂，而以乳酸为单体的聚乳酸(PLA)可广泛应用于医药、塑料、化妆品及农业中；琥珀酸是一种重要的C4平台化合物，可以衍化生成1，4-丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯等大宗化学品，琥珀酸也广泛用于医药、食品、农药、香料、橡胶、防护涂料、染料和照相材料等工业中。
目前1，3-丙二醇主要以石油裂解的乙烯和丙烯为原料化学合成，价格较高；而具有手性的2，3-丁二醇化学合成相当困难，因此微生物发酵法生产这两种二元醇具有相当大的优势。2006年杜邦公司完成了以基因工程大肠杆菌将葡萄糖一步转化为1，3-丙二醇的中试研究，德国和国内的清华大学、大连理工大学也相继完成了用天然菌株将甘油转化为1，3-丙二醇的中试试验。近几年甘油生物转化发酵生产1，3-丙二醇工艺研究主要包括两步发酵法、葡萄糖辅助发酵、混菌发酵、微氧发酵、生物柴油副产粗甘油的直接利用等。微生物法生产2，3-丁二醇在二战期间的德国就实现了工业化生产，近几年又引起企业界的关注。相对于产1，3-丙二醇的菌种，用于生产2，3-丁二醇的菌株具有更宽的底物食谱，己糖、戊糖、特定的二糖、糖醛酸都可以作为底物，适合于非粮原料，如甘蔗汁(Marilia et al，2001)、木质纤维素(Yu et al，1985；Frazer andMcCaskey，1991)、菊芋等的利用。
与化学法相比，生物法生产二元醇和有机酸利用的是绿色资源，是一条绿色化工路线，生产过程中排放的CO2较少，并且琥珀酸生产还消耗CO2，理论上每生成1mol琥珀酸要消耗1mol CO2。尽管如此，微生物发酵过程中排放CO2也是一个不容忽视的问题。仅乙醇、1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、乳酸、丁醇/丙酮、谷氨酸等几种大宗发酵产品，二氧化碳的排放量就将达到3.5-6亿吨/年。每生产1吨1，3-丙二醇将产生约0.3-0.5吨CO2，其中甘油发酵约排放0.1吨CO2，其余部分来自发酵和分离的能源消耗。就发酵自身而言，二氧化碳排放实际上是浪费了原料，如果能将排放的CO2回收用于生产琥珀酸，实现1，3-丙二醇与琥珀酸联产，就能提高原料利用率，减少温室气体的排放。利用CO2生产琥珀酸通常采用高产琥珀酸的菌种(如产琥珀酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillum succiniproducens)和产琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes))或基因工程菌(如大肠杆菌)，这样就需要不同的培养体系，实施起来比较麻烦。如何在同一培养体系中实现CO2的回收利用和上述二元醇和有机酸的联产？已有的研究表明，甘油在Klebsiella pneumoniae内代谢的过程中，除1，3-丙二醇作为主要代谢产物外，琥珀酸作为三羧酸中间产物以及厌氧代谢的终端还原产物，其它副产物包括乙酸、乳酸、乙醇、2，3-丁二醇等。从经济效益角度看，乙酸、乙醇比较廉价，但却是主要副产物，而琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇经济性较好，但琥珀酸产量较低。如果能通过代谢调控，利用Klebsiella pneumoniae生产1，3-丙二醇的同时将自身排放的CO2再用于合成琥珀酸，那么就能实现二元醇和有机酸的联产，减少廉价的副产物，提升甘油生物转化过程的整体经济效益。从NADH2和ATP平衡的角度分析，琥珀酸途径完全可以取代乙酸和乙醇途径。通过升高发酵罐压力、改用碳酸盐调节pH，有望使代谢倾向琥珀酸途径。调高罐压就意味着增加发酵罐内CO2和H2的分压，从而抑制甲酸裂解酶的活性，进而影响丙酮酸的进一步代谢，丙酮酸积累将引发一系列代谢变化。K.pneumoniae的生长过程表现出先产酸后产醇的代谢生理特征，如果人为补加一些代谢有机酸，将会改变代谢的进程，有利于1，3-丙二醇的形成。甘油与糖类(葡萄糖、果糖、木糖或阿拉伯糖等)共发酵时有利于提高甘油的转化率，也有利于乳酸、2，3-丁二醇、琥珀酸等副产物的形成。单独以糖类(葡萄糖、菊芋块茎水解液、菊芋等植物秸秆水解液等)为发酵底物时，Klebsiella pneumoniae的主要代谢产物是2，3-丁二醇，副产物是乙酸、乙醇、乳酸、琥珀酸等。通过代谢调控同样有可能实现2，3-丁二醇与乳酸和琥珀酸的联产。
产物分离是二元醇和有机酸联产面临的新问题。盐析萃取或双水相萃取技术能够很好地解决现有的双二元醇和有机酸分离提取方法中存在的步骤多、收率低、成本高等突出问题。采用盐析萃取技术分离双二元醇和有机酸，即将无机盐和有机溶剂同时加入发酵液，在一定范围内发酵液可形成两相。上相即为富含目标产物的溶剂相或萃取相，下相为富盐相或萃余相。含有菌体的发酵液经盐析萃取后在两相之间形成固相层，由细胞、蛋白、核酸、多糖等组成。盐析萃取体系中所选用的无机盐包括可溶性磷酸盐、硫酸盐和碳酸盐等，有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和丙酮等。前期的研究结果表明，盐析萃取体系适合于亲水性产物的提取分离，特别是二元醇和有机酸等生物基化学品，一步萃取收率通常在90％以上，而且可以将细胞和发酵液的分离与产物的萃取合二为一，是一种简单实用的分离集成技术。合理地设计萃取策略，采取不同的盐析萃取体系组合，第一步将1，3-丙二醇和/或2，3-丁二醇萃取在上相，乳酸和琥珀酸萃取在下相，第二步再将有机酸萃取到上相，这样就可以实现二元醇和有机酸的分离。第一步萃取上相中的1，3-丙二醇和/或2，3-丁二醇可以通过蒸馏、精馏等方法将有机溶剂回收，并将1，3-丙二醇和2，3-丁二醇分离开来；第二步萃取上相中的乳酸和琥珀酸可通过结晶、电渗析或酯化精馏等方法将不同有机酸进行分离。可溶性碳酸盐与有机溶剂形成萃取体系的下相或萃余相可以用来调节发酵的pH，发酵尾气中的CO2可以用来回收萃余相中的碳酸盐，当然尾气中CO2与相应碱或氧化物反应形成的产物(碳酸盐)也可以用来调节pH或者用作盐析剂。总之，发酵、萃取、CO2回收利用可以藕合在一起。
本发明提出加压发酵和碳酸盐调节pH-盐析萃取-CO2固定化耦合生产二元醇和有机酸的新思路，以期建立一个绿色、高效、低成本的联产新工艺。
发明内容
本发明针对目前1，3-丙二醇和2，3-丁二醇发酵中二氧化碳排放、原料利用率低、发酵产品单一等问题，提出加压发酵/碳酸盐调节pH-盐析萃取-CO2固定化耦合生产二元醇和有机酸的新方法。
本发明的技术方案如下：
本发明利用克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)在不同的原料下进行发酵，通过升高发酵罐压力为0.01-0.5atm、碳酸盐调节发酵pH 6.0或7.0、调控通气量0.01-0.8vvm，气体为CO2、发酵尾气或含CO2的混合气，在同一培养体系中实现尾气二氧化碳的回收利用与二元醇和有机酸的联产。采用两步盐析萃取将二元醇和有机酸分开。
其中发酵原料可以为95％工业甘油、60-85％生物柴油副产甘油、葡萄糖、菊芋块茎、秸秆水解液等中的一种或者几种按比例混合。
碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸钙、碳酸镁等，它们可以是发酵尾气中CO2与对应碱或氧化物(氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、氢氧化钙或氧化钙、氢氧化镁或氧化镁)反应的产物，或是可溶性碳酸盐(碳酸钠、碳酸钾或碳酸铵)与有机溶剂形成盐析萃取体系的萃余相。
二元醇是1，3-丙二醇、2，3-丁二醇，有机酸是乳酸、琥珀酸。
二元醇以1，3-丙二醇为主要产物时，调节发酵pH为7.0；二元醇以2，3-丁二醇为主要产物时，调节发酵pH为6.0。
本发明可以采用间歇发酵、批式流加或连续发酵等方式生产。
盐析萃取体系中所选用的盐析剂包括可溶性磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐或者它们的组合，有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮或者它们的组合。两步萃取中第一步将1，3-丙二醇和/或2，3-丁二醇萃取在上相或有机相，乳酸和琥珀酸萃取在下相或富盐相，第二步再将有机酸从第一步的富盐相中萃取到上相，实现二元醇和有机酸的分离。
萃取可以采用单级、多级或连续萃取方式。
本发明的效果和益处：
(一)同一株菌完成二元醇和有机酸的联产，实现CO2零排放。
按照以往的工艺要完成二元醇和有机酸的联产通常需要两株不同的菌种，在不同的发酵罐和不同的培养条件下进行，这无疑增加了实施的难度。利用Klebsiella pneumoniae在转化甘油或葡萄糖生产1，3-丙二醇和/或2，3-丁二醇的同时副产琥珀酸和乳酸，通过提高罐压、碳酸盐调节pH、回用副产有机酸等措施调控细胞代谢，增加琥珀酸和乳酸的产量，未被利用的CO2再用碳酸盐吸收循环，达到CO2零排放和原料充分利用的目的。
(二)采用两步盐析萃取分离二元醇和有机酸，第一步萃取可以直接从发酵液中分离出二元醇，第二步萃取将有机酸从第一步的富盐相中分离出来。
可溶性无机盐与有机溶剂形成的盐析萃取体系可将固液分离、浓缩、除蛋白和有机酸等多步工序整合为一，极大地简化分离工艺。合理地利用二元醇与有机酸在不同盐析萃取体系中的不同分配行为，采取两步萃取的策略将两类产物分离开来。萃取操作易于放大和工业化，两步萃取前后紧密衔接，极易实施。
盐析萃取可以通过蒸馏和精馏的方式有效地克服萃取剂难回收的问题，但是其盐的用量较大，而盐的回收是阻碍盐析-萃取工业化的最重要因素之一。我们提出采用二氧化碳反应沉淀方法回收该盐析萃取体系中的碳酸盐，不仅可以降低分离能耗和成本，而且可以将生产过程中产生的大部分二氧化碳回收，极大的缓解了环境压力。
(三)可溶性碳酸盐与有机溶剂盐析萃取的萃余相用于调节发酵pH，调控二元醇和有机酸联产，实现了发酵-分离-CO2固定的集成一体化。
用可溶性碳酸盐与有机溶剂盐析萃取时，其部分萃余相可回用于发酵过程的pH调节，实现发酵-分离-CO2固定化的集成。一方面，利用部分富含碳酸盐的下相代替现有的氢氧化钠或氢氧化钾碱液调节发酵过程的pH，节省除盐成本并有利于琥珀酸的生产；另一方面萃余相中还含有发酵剩余的底物和乙酸、琥珀酸等副产物，琥珀酸等有机酸的添加有助于提高1，3-丙二醇和2，3-丁二醇的浓度和转化率，这样既可以节约分离成本，又有利于提高原料利用率。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1：流加碳酸钠溶液调节发酵pH实现1，3-丙二醇、乳酸和琥珀酸联产
(一)菌种：克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae CGMCC 2028)
(二)培养基组成：
①种子培养基(1L)：
甘油：20g；KH2PO4：1.3g；CaCO3：2g；K2HPO4·3H2O：4.454g；(NH4)2SO4：2.0g；MgSO4·7H2O：0.2g；酵母粉：1g；微量元素A：2mL；Ca2+溶液：1mL；Fe2+溶液：1mL。
②发酵培养基(1L)：
甘油：40g；KH2PO4：1.36g；柠檬酸：0.42g；MgCl2·6H2O：0.26g；(NH4)2SO4：6.61g；酵母粉：1g；微量元素B：5mL。
③Fe2+溶液组成(100ml)：饱和盐酸：0.4ml；FeSO4·7H2O：0.5g；
④Ca2+溶液(100ml)：CaCl2：2g。
⑤微量元素A组成(1L)：
饱和盐酸：0.9mL；MnCl2·4H2O：100mg；NiCl2·6H2O：25mg；H3BO3：60mg；ZnCl2：70mg；NaMoO4·2H2O：35mg；CuCl2·2H2O：20mg；CoCl2·6H2O：200mg。
⑥微量元素B组成(1L)：
饱和盐酸：10mL；NaMoO4·2H2O：0.005g；FeCl3·6H2O：5.4g；CoCl2·6H2O：0.47g；H3BO3：0.06g；MnCl2·4H2O：0.17g；ZnCl2·6H2O：0.68g；CuCl2·2H2O：0.47g。
(三)发酵控制：5L发酵罐，批式流加发酵，装液量3L，发酵温度37℃，罐压控制为0.05atm，流加85％的生物柴油副产甘油，初始浓度为40g/L，接种量为10％(v/v)，搅拌转速为300r/min，通空气量为0.04vvm，分别采用5mol/L的氢氧化钠溶液和2.5mol/L碳酸钠溶液调节pH为7.0。发酵开始4小时后检测甘油浓度，流加甘油，使甘油浓度控制在20g/L左右，发酵至33小时结束。
(四)发酵结果：采用5mol/L氢氧化钠溶液调节pH时，发酵33h，菌种在8h时生长最为旺盛，OD为8.26。产物1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的终浓度分别为52.32、8.24、30.23和10.02g/L；1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的质量转化率分别为37％、6％、22％和7％，甘油的总质量转化率为72％。
采用2.5mol/L碳酸钠溶液调节pH时，发酵33小时，菌种在9h时生长最为旺盛，OD为9.77。产物1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的终浓度分别为46.67、22.67、56.13和8.09g/L。1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的质量转化率分别为30％、14％、36％和5％，甘油的总质量转化率为85％。碳酸钠溶液调节发酵pH相对于氢氧化钠调节发酵pH而言，1，3-丙二醇和2，3-丁二醇的浓度略有下降，但琥珀酸和乳酸的浓度则分别提高了175％和86％，甘油总转化率提高了13％。
实施例2：流加碳酸钠溶液调节pH实现1，3-丙二醇、琥珀酸和乳酸联产
(一)菌种：克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae CGMCC 2028)
(二)培养基组成：发酵培养基酵母粉：2g，其它同实施例1。
(三)发酵控制：5L发酵罐，批式流加发酵，装液量3L，发酵温度37℃，流加95％工业甘油，初始浓度为40g/L，接种量为10％(v/v)，搅拌转速为300r/min，通空气量为0.02vvm，分别采用5mol/L氢氧化钠溶液和2.5mol/L碳酸钠溶液调节pH为7.0。发酵开始4小时后检测甘油浓度，流加甘油，使甘油浓度控制在15-20g/L左右，发酵至36小时结束。
(四)发酵结果：采用5mol/L氢氧化钠溶液调节pH时，发酵36h，菌种在14h时生长最为旺盛，OD为9.47，发酵结束OD降至6.51。产物1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸、2，3-丁二醇和乙醇的最终浓度分别为65.50、9.65、43.76、10.79和6.86g/L；1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸、2，3-丁二醇和乙醇的质量转化率分别为36％、5％、24％、6％和4％，甘油的总质量转化率为75％。
采用2.5mol/L碳酸钠溶液调节pH时，发酵36h，菌种在16h时生长最为旺盛，OD为13.2，发酵结束OD降至8.56。产物1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸、2，3-丁二醇和乙醇的最终浓度分别为65.20、40.47、60.97、13.15和10.04g/L；1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸、2，3-丁二醇和乙醇的质量转化率分别为26％、16％、25％、5％和4％，甘油的总质量转化率为76％。碳酸钠溶液调节发酵pH相对于氢氧化钠调节发酵pH而言更有利于琥珀酸的生产，琥珀酸的浓度和转化率分别提高了319％和207％，乳酸的浓度提高了39％，1，3-丙二醇浓度相差不大，2，3-丁二醇浓度略有提高。
实施例3：碳酸钠/乙醇萃余相调节pH值的1，3-丙二醇批式流加发酵
(一)菌种：克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae CGMCC 2028)
(二)培养基组成：同实施例1。
(三)发酵控制：5L发酵罐，批式流加发酵，装液量3L，发酵温度为37℃，搅拌转速为200r/min，接种量为10％(v/v)，通空气量为0.02vvm，发酵过程中分别采用5mol/L氢氧化钠溶液和碳酸钠/乙醇盐析萃取体系萃余相调节pH为7.0。流加95％工业甘油，初始浓度为40g/L，待发酵液中甘油消耗至一定浓度时(20g/左右)开始流加甘油，发酵过程中控制甘油浓度在15-25g/L，发酵至36h结束。
(四)发酵结果：采用5mol/L氢氧化钠溶液调节pH时，发酵36h后，产物浓度达到最佳，最终残余甘油浓度为18.42g/L，最大菌体OD值为8.1，最终1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的浓度分别为55.41、6.85、25.63和7.68g/L；1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的质量转化率分别为49％、4％、19％和6％，甘油的总质量转化率为78％。
采用碳酸钠/乙醇盐析萃取体系萃余相调节pH时，发酵36h后，残余甘油浓度为18.40g/L，最大菌体OD值为12.4，最终1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的浓度分别为64.29、10.34、57.92和8.08g/L；1，3-丙二醇、琥珀酸、乳酸和2，3-丁二醇的质量转化率分别为46％、4％、31％和5％，甘油的总质量转化率为86％。碳酸钠/乙醇盐析萃取体系萃余相回用于1，3-丙二醇发酵过程相对于氢氧化钠碱液调节pH而言，1，3-丙二醇和琥珀酸的转化率略有下降，但是二者的浓度分别上升了16％和49％；乳酸的浓度和转化率更是分别提高了126％和60％，浓度达到了57.92g/L；而甲酸和乙酸等其他主要杂质酸浓度分别下降了123％和122％。
实施例4：碳酸钠/乙醇萃余相调节pH值的2，3-丁二醇批式流加发酵
(一)菌种：克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae CICC 10011)
(二)培养基组成：
①种子培养基(1L)：
葡萄糖：80g；(NH4)2HPO4：6.0g；KCl：1.8g；EDTA：0.51g；MgSO4·7H2O：0.6g；FeSO4·7H2O：0.0225g；MnSO4·7H2O：0.0038g；ZnSO4·7H2O：0.0075g；柠檬酸：0.21g；柠檬酸钠：0.294g
②发酵培养基(1L)：
葡萄糖：50g；(NH4)2SO4：6.61g；KH2PO4：1.36g；酵母粉：1g；微量元素B：5ml；MgCl2·6H2O：0.26g；柠檬酸：0.42g；
③微量元素B组成(1L)：
饱和盐酸：10mL；NaMoO4·2H2O：0.005g；FeCl3·6H2O：5.4g；CoCl2·6H2O：0.47g；H3BO3：0.06g；MnCl2·4H2O：0.17g；ZnCl2·6H2O：0.68g；CuCl2·2H2O：0.47g。
(三)发酵控制：5L发酵罐，批式流加发酵，装液量3L，发酵温度为37℃，搅拌转速为300r/min，接种量为5％(v/v)，通空气量为0.1vvm，发酵过程中分别采用5mol/L的氢氧化钠溶液和碳酸钠/乙醇盐析萃取体系萃余相调节pH为6.0。当葡萄糖浓度低于50g/L时补加一定量固体葡萄糖，并通过定时补加葡萄糖使其浓度保持在30-50g/L之间。
(四)发酵结果：采用5mol/L氢氧化钠溶液调节pH时，发酵52h时，产物浓度达到最佳，最终残糖浓度为43.43g/L，最大菌体OD值达到了15.91；2，3-丁二醇、乙偶姻、乳酸和琥珀酸的终浓度分别为62.63、15.62、14.26和4.13g/L；2，3-丁二醇、乙偶姻、乳酸和琥珀酸的质量转化率分别为36％、9％、8％和2％，葡萄糖的总质量转化率为55％。
采用碳酸钠/乙醇盐析萃取体系萃余相调节pH时，发酵66h后，最终残糖浓度为49.49g/L，最大菌体OD值达到了15.73，2，3-丁二醇、乙偶姻、乳酸和琥珀酸的终浓度分别为78.18、10.23、18.32和8.13g/L；2，3-丁二醇、乙偶姻、乳酸和琥珀酸的质量转化率分别为41％、5％、10％和4％，葡萄糖的总质量转化率为60％。碳酸钠/乙醇盐析萃取体系萃余相回用于2，3-丁二醇发酵时，2，3-丁二醇、乳酸和琥珀酸的浓度分别比选用氢氧化钠碱液调节pH时提高了25％、28％和97％，三者的转化率分别提高了14％、17％和79％。
实施例5：1，3-丙二醇、2，3-丁二醇与乳酸和琥珀酸的盐析萃取
对1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、乳酸和琥珀酸联产的发酵液进行盐析萃取，发酵液中1，3-丙二醇、2，3-丁二醇、乳酸和琥珀酸浓度分别为46.67、8.36、56.13和22.67g/L，向7.0g的发酵液中加入1.0g碳酸钠和2.0g乙醇，搅拌均匀，室温静置，形成两相，上相为含有1，3-丙二醇和2，3-丁二醇的醇相，下相为富含乳酸和琥珀酸的盐相。1，3-丙二醇的分配系数为7.0，收率为90％，2，3-丁二醇的分配系数和收率分别为8.0和94％；74％乳酸和95％琥珀酸分配在盐相。向盐相中加入0.5g磷酸氢二钾和2.5g乙醇进行第二次萃取，上相中乳酸的收率为75％，琥珀酸收率为68％。

Claims (5)

1.一种二元醇与有机酸联产与分离方法，是以工业甘油、生物柴油副产的甘油、葡萄糖、菊芋块茎、秸秆水解液中的一种或几种为原料，在同一培养体系中实现二元醇和有机酸的联产与CO2的回收利用，采用两步盐析萃取将二元醇和有机酸分开，其特征是：
（1）菌种：肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）；
（2）联产调控方式：利用碳酸盐调节1,3-丙二醇、乳酸和琥珀酸联产发酵pH为6.0或2,3-丁二醇、乳酸和琥珀酸联产发酵pH为7.0，通0.01-0.8vvm CO2、发酵尾气或含CO2的混合气，发酵罐压力为0.01-0.5atm；
（3）产品分离方法：第一步盐析萃取将二元醇萃取在上相或有机相，有机酸萃取在下相或富盐相；第二步再将有机酸从第一步的富盐相中萃取到上相；第一步盐析萃取体系组成中有机溶剂是乙醇、丙醇、丁醇和丙酮的一种或几种组合，无机盐是可溶性碳酸盐；第二步盐析萃取时向富盐相中添加磷酸氢二钾和乙醇、丙醇、丁醇或丙酮。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是发酵原料为95%工业甘油、60-85%生物柴油副产甘油、葡萄糖、菊芋块茎、秸秆水解液中的一种或者几种混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是调节pH的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸钙、碳酸镁。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征是发酵方式是间歇发酵、批式流加或连续发酵。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征是碳酸盐是发酵尾气中CO2与对应碱或氧化物反应的产物，或是可溶性碳酸盐与有机溶剂形成萃取体系的萃余相。
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