下载文档原格式
大宗医药化工原料二羟基丙酮的微生物法生产[摘要]本文对微生物法生产二羟基丙酮的发展进行了简要的介绍。
通过微生物法来生产二羟基丙酮相比于其他方法要更有优势，在二羟基丙酮的发酵与生产过程中最有价值的就是氧化葡萄糖酸杆菌。
在发酵时，能够对二羟基丙酮的产量造成影响的有底物、产物、氧气以及菌体量等因素，而在多种发酵方式里，固定化发酵与反复流加工工艺的前途是最好的。
而微生物法制备二羟基丙酮的具体发展方向就是对菌株的构建进行重组以及优化发酵工艺。
[关键词]二羟基丙酮微生物法发酵二羟基丙酮（1，3-Dihydroxyacetone，简称DHA）是一种天然的羟基酮糖，可食用，对环境与人体无毒害，具有可降解性并且化学性质活泼，用途广、需求量大，在医药中间体中是非常重要的一种，同时它还非常重要的食品添加剂、化妆品添加剂以及化工原料，同时还能作为抗毒试剂或应用于食品保鲜。
它的生产方法目前主要是以化学合成为主，微生物发酵为辅。
而微生物法相比于化学合成法来说，具有很多优点，例如反应条件更为温和，底物的利用率更高，而且副产物不多，工艺更加简单易控制，不论是从技术经济性的角度来看，还是从环境友好性的角度来说，微生物法在社会与经济效益上都更有优势。
1二羟基丙酮发酵所需微生物与酶利用微生物对甘油进行转换来生产二羟基丙酮的机理为，利用微生物在代谢过程中所产生的甘油脱氢酶，让甘油的分子结构内的羟基发生脱氢反应，生产二羟基丙酮。
所以在理论上，只要可以利用甘油，并具有特定的属于甘油脱氢酶的微生物，就能够通过转化甘油来制备二羟基丙酮。
在相关文献报道中，可以用来对甘油进行转化的微生物有醋酸杆菌、毕赤酵母、大肠杆菌等。
这里氧化葡萄糖酸杆菌是工业中生产二羟基丙酮的重要菌种，同时也是在二羟基丙酮的微生物生产法中被使用最多的菌种。
通过基因工程对氧化葡萄糖酸杆菌进行改造，将有可能获得大产量的重组菌株。
2对发酵产生影响的因素2.1底物浓度在二羟基丙酮进行发酵时，甘油会对二羟基丙酮的生成和菌体的生产有非常大的抑制作用。
第二章、1，3-二羟基丙酮的生产工艺及技术进展1,3-二羟基丙酮(DHA)的生产目前主要有其合成方法主要有甘油催化氧化法、甘油微生物转化法以及甲醛缩合法等3种，化学法一般是以贵金属如Au或Pt与碳组成的复合物作为催化剂，将甘油转化为DHA。
2.1 甲醛缩合法甲醛缩合法是指在含有含氮杂环化合物的盐和质子接受体的缩合催化剂体系存在下，于基本上无水的液体反应介质中进行甲醛的自缩合反应，生成DHA或其二聚物或低聚物。
适宜的含氮杂环化合物的盐为噻唑鎓盐或咪唑鎓盐，以脂族、芳族或杂环噻唑鎓盐为佳。
这类盐包括卤化物，尤其是溴化物和碘化物盐；质子接受体包括胺类、含有碱性氧原子的化合物和金属醇盐，以易于和产物分离为佳。
早期研究局限于采用无机碱作催化剂和以甲醛水溶液作原料，因此研究进展缓慢。
20世纪80年代以来，以T.Matsumoto为代表的科学家进行了一系列技术上的重大改进:以有机碱代替无机碱作为催化剂，并向有机碱中添加少量多羟基醛(如果糖)；以有机溶剂代替水溶剂；以无水甲醛(如多聚甲醛)代替甲醛水溶液作为原料；以叔胺类的含氮化合物作助催化剂。
改进后，显著提高了DHA 的选择性，而且副产物大为减少。
例如：以多聚甲醛为原料，以 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二氧杂环己烷为溶剂，以3-乙基苯并噻唑溴化物为催化剂，以三乙胺或奎宁环为助催化剂，在原料配比甲醛:催化剂:助催化剂=30:1:1(摩尔比)，反应温度100℃和常压下反应0.5～1h，甲醛转化率为98%～99%时，DHA选择性达到89%～92%。
近几年来，英国BP化学、BCI及日本旭化成等公司均进行了大量的技术研究开发工作。
BP公司进行了甲醛制DHA连续运行试验，在中试阶段连续生产试验中，连续实验稳定运行128h，结果表明：当甲醛转化率约30%时，产物DHA的选择性稳定在93%～97%，中试工艺趋于稳定运行，并逐步接近工业化。
2.2 生物转化甘油生产二羟基丙酮的代谢途径及机理二羟基丙酮(DHA)一般是从低产率的酶催化及通过其他微生物方法得到。
二羟丙酮的气相色谱分析用衍生气相色谱法测定了二羟丙酮的酶制法体系中二羟丙酮的含量，选用六甲基二硅胺烷（HMDS）、六甲基二硅胺烷加三甲基氯硅烷（TMCS）、 N, O－双（三甲基硅烷基）乙酰胺（BSA）为衍生试剂，并对其衍生条件进行了研究。
该法的回收率为98.31％～101.31％， RSD为2.02％～3. 58％。
关键词气相色谱，二羟丙酮，甘油，三甲基硅烷化1,3－二羟丙酮（DHA）是一种重要的医药中间体，可用于食品添加剂和化妆品中[ 1]，其制备方法已从过去的化学合成法转向酶制法[ 2, 3]。
酶制法是用甘油除氢酶将甘油氧化为二羟丙酮。
为研究制备条件，检验酶活性，必须分析制备体系中的二羟丙酮的含量，常用的分析方法为薄层色谱分析法[ 4]，该法所用试剂昂贵且准确定量困难。
用气相色谱法来分析酶制法体系中的二羟丙酮的含量具有现实意义。
由于二羟丙酮挥发性不高，制备体系中含有水、甘油、二羟丙酮和少量的酶，用气相色谱直接定量有困难，所以在分析前预先将其转化为易挥发、对热较稳定的三甲基硅烷衍生物。
选用了3种衍生试剂:六甲基二硅胺烷（HMDS）、 HMDS加三甲基氯硅烷（TMCS）、 N, O－双（三甲基硅烷基）乙酰胺（BSA），分别对它们的衍生条件进行了研究比较，从而建立可靠的分析方法。
1 实验部分1.1 仪器和试剂SP－502气相色谱仪（鲁南化工仪器厂），带氢焰离子化检测器； SPS色谱数据处理系统（本院研制) 501超级恒温槽（上海实验仪器厂）。
TMCS、甘油为化学纯；吡啶、 HMDS、 BSA、二羟丙酮为分析纯；正二十烷、硬脂酸甲酯为色谱纯。
1.2 衍生物的制备用HMDS和TMCS作衍生试剂，取40 μL样品，加入1 mL吡啶， 6 mg正二十烷（内标）， 1.2 mL HMDS和0.6 mL TMCS，置于超级恒温槽中， 75 ℃下恒温30 min，取出后冷却，再注入1 mL蒸馏水，震荡，待溶液分层后，取上层吡啶溶液0.5 μL进行气相色谱分析。
二羟基丙酮生物合成DHA的生物合成最初是在真菌中被发现，但现在被发现也能够在植物，细菌等生物中发现。
DHA的生物合成通常涉及到三条代谢途径：甲基丙烯酸（MAP）途径、芸香甲酸（PHA）途径和丙酮酸（PyA）途径。
MAP途径是最早发现的DHA生物合成途径。
在MAP途径中，从D-葡萄糖开始，经过糖酵解进入三羧酸循环，最终生成丙酮酸。
丙酮酸在经过两次羟基化反应后可以得到DHA。
除此之外，还有一些细菌可以通过甲酸信号途径生产DHA。
在甲酸信号途径中，芸香甲酸被氧化成PHA，PHA再被加氧酶氧化成DHA。
这些途径中，最常见的是MAP途径。
在MAP途径中，D-葡萄糖被磷酸化成D-葡萄糖6-磷酸（G6P），然后通过糖酵解生成丙酮酸。
在糖酵解过程中，G6P被转换成3-磷酸甘油醛酸（3PGAL），3PGAL再被转换成丙酮酸。
丙酮酸进入KDPG途径，经过酮酸内酯酶的羟基化反应，成为2-羟基-3-酮酸丁二酸（HKP）。
然后，HKP经过光合合成途径中的光合作用产生的光合醇啤酒酵母粉酸（PPA）和光合醇啤酒酵母粉酰辅酶A（PP-CoA）的代谢途径，进一步生成DHA。
另一个DHA生物合成途径是PHA途径。
PHA途径通常被描述为丙酮酸经过羟基化反应形成2,3-二羟基丙酮酸，然后将其还原成DHA。
在PHA途径中，丙酮酸被羟化成2,3-二羟基丙酮酸，然后经过玻那氏酯换位反应，在Cu(II)的催化下将其还原成DHA。
PHA途径适用于许多真菌和细菌，包括异养细菌，同化细菌和厌氧细菌。
PyA途径最初在异养细菌中被发现，也发现了一些细菌和真菌中有PyA途径。
在PyA 途径中，D-葡萄糖经过糖酵解进入三羧酸循环，最终产生 DHA。
与MAP途径不同，PyA途径从3-磷酸甘油醛酸（3-PGAL）开始。
首先，3-PGAL被加成丙酮酸，之后，进一步氧化和羟基化反应形成3-羟基酮酸（3-KHK）。
3-KHK进一步羟基化形成D-fructose-1,6-diphosphate，D-fructose-1,6-diphosphate再被加水解成D-glyceraldehyde-3-phosphate（GAP）和亚甲基-2-乙磺酸三酯。
微生物发酵生产二羟基丙酮的应用研究进展李尧（西南石油大学，成都６１０５００）摘要：二羟基丙酮及其衍生物作为一种重要的化工、生化原料，在精细化工、制药、食品、化妆品工业和水质净化等方面潜在广泛的应用前景。
本文介绍了近年来发酵法生产二羟基丙酮及其应用研究的进展，并对二羟基丙酮的应用前景进行了展望．关键词：微生物发酵；二羟基丙酮（ＤＨＡ）中图分类号：ＴＳ２０１．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－６８９２（２００７）０５－００２０－０００４ＲｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＤｉｈｙｄｒｏｘｙＡｃｅｔｏｎｅｔｈｒｏｕｇｈＭｉｃｒｏｂｉａｌＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎＬＩＹａｏ（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０５００）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｈｙｄｒｏｘｙａｃｅｔｏｎｅａｎｄｉｔｓｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｏｒｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｗｈｉｃｈｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｐｈａｒｍａｃｙ，ｆｏｏｄ，ｃｏｓｍｅｔｉｃｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ．Ｄｉｈｙｄｒｏｘｙａｃｅｔｏｎｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｄｉｈｙｄｒｏｘｙａｃｅｔｏｎｅ（ＤＨＡ）收稿日期：２００７－０８－３１四川食品与发酵ＳｉｃｈｕａｎＦｏｏｄａｎｄＦｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ二羟基丙酮（ｄｉｈｙｄｒｏｘｙａｃｅｔｏｎｅ，ＤＨＡ）是一种水溶性的最简单酮糖，其衍生物是有机化学合成中非常重要的一类中间体。
由于二羟基丙酮及其衍生物作为一种重要的化工、生化原料，在精细化工、制药、食品、化妆品工业和水质净化等方面潜在广泛的应用前景，因此受到国内外研究者广泛重视。
《【微生物利用甘油生产二羟基丙酮的研究】》摘要：轻工技术与工程 2111805077** 摘要：甘油可以参与氧化、酯化、硝化、醚化、胺化和卤化等多种化学反应，将廉价的甘油转化为高附加值的化工产品，微生物能够利用生物柴油副产品甘油生产甲醇、丙二醇等己被研究，同样利用生物柴油副产品甘油生产DHA也是可行的，但生物柴油副产品甘油中含有金属离子，毒性有机物等可阻碍或抑制甘油脱氢酶活性，从而导致微生物不能利用甘油生产DHA，为消除这些影响，必须对生物柴油副产品甘油中有害物质进行研究，并建立一套简单处理方法除去生物柴油副产品甘油中毒性物质，使微生物能有效利用其生产DHA，（1）生物柴油副产品甘油来源及性质生物柴油副产品甘油，以地沟油为原料油通过酯交换工艺制成长链脂肪酸和甘油，甘油含量为53%，各种离子含量分别为SO42-4.39%、Mg2+53 ppm、Zn2+1848 mg/L、Ca2+ 2800 ppm、K+ 315 ppm、Fe2+1730 ppm、Fe3+1800 ppm、 Cl-4800 ppm、pH 1.1微生物利用甘油生产二羟基丙酮的研究轻工技术与工程 2111805077** 摘要：甘油可以参与氧化、酯化、硝化、醚化、胺化和卤化等多种化学反应，将廉价的甘油转化为高附加值的化工产品。
二羟基丙酮由于具有较高的附加值，有较大的市场需求，己成为甘油转化研究的热点。
微生物利用生物柴油副产品甘油生产DHA是可行的，本文研究了包括生物柴油副产品甘油中离子对弗托氏葡糖杆菌CGMCC5397生产DHA的影响及甘油的预处理。
最后对发酵培养基进行了优化，并进行7L罐分批和补料发酵研究。
关键词:甘油；1,3-二羟基丙酮；微生物法 1 前言微生物能够利用生物柴油副产品甘油生产甲醇、丙二醇等己被研究，同样利用生物柴油副产品甘油生产DHA也是可行的，但生物柴油副产品甘油中含有金属离子，毒性有机物等可阻碍或抑制甘油脱氢酶活性，从而导致微生物不能利用甘油生产DHA，为消除这些影响，必须对生物柴油副产品甘油中有害物质进行研究，并建立一套简单处理方法除去生物柴油副产品甘油中毒性物质，使微生物能有效利用其生产DHA。
氧化葡萄糖酸杆菌转化甘油生产二羟基丙酮研究的开题报告一、研究背景甘油是一种常见的三价醇，具有一系列的应用价值。
目前，甘油的主要工业用途包括：生产甘油酯、甘油纤维素、粘合剂、润肤剂、甘油皂、烟草保湿剂等。
二羟基丙酮则是一种重要的有机化学原料，可用于生产多种有机合成物质。
由于甘油存在广泛且便宜，因此其利用价值日益凸显起来。
如何高效地利用甘油，是一项正在研究的重要课题。
氧化葡萄糖酸杆菌是一种通常生活在有机物富集的环境中的细菌，其代谢途径复杂，并具有多重的产物生成能力。
由此，研究如何利用氧化葡萄糖酸杆菌转化甘油生产二羟基丙酮是一项具有重要意义的研究。
二、研究目的本研究的主要目标是通过对氧化葡萄糖酸杆菌的生理特性进行深入的分析、研究，探究其固定甘油生成二羟基丙酮的机理及条件优化，最终推动其在甘油高效合理利用方面的应用。
三、研究内容本研究打算通过以下几个方面的内容来实现研究目标：1.对氧化葡萄糖酸杆菌进行筛选，并确定一种具有较高产率的菌株，对其鉴定及基本生理反应进行研究；2.对氧化葡萄糖酸杆菌进行培养及代谢动力学实验，分析其在不同生理条件下的样品代谢产物产率及生成规律；3.针对不同培养条件进行甘油固定实验，研究产物种类及相应机理，确定相应的最佳生理条件；4.在最佳生理条件下，探究该杆菌固定甘油生成二羟基丙酮的转化机理，进一步将最优化条件下产生的二羟基丙酮转化为相应的工业化产品；5.最终对该研究成果进行评估，评估其在生产上的可行性和应用前景。
四、研究意义本研究在提高羟基丙酮生产效率和降低成本方面具有重要的科研和工业应用的价值。
同时，本研究通过资源的有效利用，促进了环保和可持续性发展的实现，更有助于促进食品工业的发展，推动我国食品工业可持续发展。
二羟基丙酮产能二羟基丙酮，又称丙二醇酮，是一种有机化合物，化学式为C3H6O3。
它是一种无色透明的液体，可溶于水和大多数有机溶剂。
二羟基丙酮在化工领域具有广泛的应用，主要用于合成树脂、涂料和塑料等。
二羟基丙酮的生产方法有多种，其中一种常用的方法是通过丙二酸与乙醇反应得到。
首先将丙二酸与乙醇加热反应，生成乙酸丙二酯。
然后，将乙酸丙二酯加热分解，得到二羟基丙酮和乙酸乙二酯。
最后，通过精馏分离得到纯净的二羟基丙酮。
二羟基丙酮作为一种重要的化工原料，在合成树脂方面具有广泛的应用。
它可以与酚醛树脂、环氧树脂等反应，形成具有优异性能的高分子材料。
这些树脂广泛用于制造车辆、船舶和建筑材料等领域。
二羟基丙酮还可以与聚酯反应，制备出具有良好耐候性和耐化学品性能的聚酯树脂，常用于制造涂料、油墨和塑料等。
二羟基丙酮还可以用作有机合成中的重要中间体。
它可以与醛类化合物反应，形成二醇类化合物。
这些二醇类化合物在医药、香料和染料等领域有广泛的应用。
例如，二羟基丙酮与苯甲醛反应，可以合成出一种重要的香料成分——香豆醛。
二羟基丙酮还可以用作溶剂。
由于它能够与水和有机溶剂良好溶解，因此在某些领域中可以用作溶剂的替代品。
例如，在染料工业中，二羟基丙酮可以作为染料的溶剂，帮助染料更好地溶解和渗透到纤维中。
二羟基丙酮作为一种重要的有机化合物，在化工领域具有广泛的应用。
它在合成树脂、涂料和塑料等方面发挥着重要作用，并且还可以用作有机合成中的重要中间体和溶剂。
随着科技的不断发展，相信二羟基丙酮的应用领域还将不断拓展，为各行各业带来更多的发展机遇。
1,3-二羟基丙酮（DHA）的合成生产工艺
研究调查分析
1、项目提出背景
1,3-二羟基丙酮（1,3-Dihydroxyacetone,简称DHA）是一种重要的化工原料、医药中间体和食品添加剂，在国外已得到广泛的使用。
国内有关DHA的报道还很少。
DHA可用于化妆品工业、饲料行业、食品行业、还可以作为一种抗病毒的试剂。
可以用于合成咪唑、呋喃等杂环化合物；经生物或化学法还原可得到具有光学活性的仲醇;用于羟醛缩合反应制取各种手性化合物;直接用于光化学反应中的DA加成反应制备糖类化合物;与2,2-二烷氧基环丙烷衍生物作用制备内酯。
此外,以其衍生物为中间体合成的一些化合物,还具有治疗心血管疾病、糖尿病和抗病毒活性(如艾滋病)的作用等。
可能会成为研究的热点。
2、DHA生产现状
2.1化学品简介
1，3-二羟基丙酮，英文名称：1,3-Dihydroxyacetone，是一种酮糖，分子式：C3H6O3，分子量：90.08，一般状态下是二聚体的结晶，
经溶解或加热则变为单体，其单体易溶于水、乙醇、丙酮和乙醚等有机溶剂，其单体化学结构如下：
2.2DHA生产厂家
浙江海正化工股份有限公司、上海百众化工有限公司都是利用微生物发酵法生产DHA。
英国BP化学公司已进行了化学法生产DHA中试阶段的连续性试验，已逐步接近工业化。
3、DHA的应用及市场前景
DHA是一种吨位不大的精细化学品，价格昂贵(生产成本不到40元/kg，销售价格在120元/kg左右)，利润空间和市场潜力巨大。
国内利用DHA作为化工原料和医药中间体后，后续开发的产品种类很多，而且这些产品的市场容量也很大。
目前国内对DHA的需求量已超过1000t7a，预计随着生产成本的降低，其需求量将进一步扩大。
其用途主要由以下几类：
3.1用于化妆品
二羟基丙酮最大特点之一是防晒性极强，同时还可用于制造美黑化妆品。
3.2用于饲料添加剂
日本科技人员经过试验证明，在猪饲料中加入一定量的二羟基丙酮和丙酮酸盐(钙盐)的混合物(按3:1的重量比配合)，能减少猪肉的脂肪含量，增加瘦肉率。
3.3用于治疗白斑、白瘫风
白斑影响美容时，用遮盖疗法即0.2-5%二羟基丙酮酒精溶液涂于患部，可使其接近正常皮肤。
另外，二羟基丙酮复合液(含二羟基
丙酮2.09，维生素B200mg，加入二甲基亚矾100mL)用于治疗白瘫风。
3.4用于抗病毒
DHA做为中间体在合成相应的衍生物时，可生成具有一定抗病毒
活性的化合物，如抗艾滋病病毒等。
3.5用于二羟基丙酮衍生物的合成
可以用于合成咪唑、呋喃等杂环化合物；经生物或化学法还原可得到具有光学活性的仲醇;用于羟醛缩合反应制取各种手性化合
物;直接用于光化学反应中的DA加成反应制备糖类化合物;与2,2-
二烷氧基环丙烷衍生物作用制备内酯。
此外,以其衍生物为中间体合成的一些化合物,还具有治疗心血管疾病、糖尿病和抗病毒活性(如艾滋病)的作用等。
3.6DHA对有氧耐力的影响
长期DHA和丙酮酸补充与运动成绩关系的研究仅见到两篇报道。
Stank等曾观察到饮食中长期添加DHA和丙酮酸的鼠尸体总糖元量升高。
以往的研究表明延长性亚极量运动中疲劳的发生总是伴随着糖元排空。
而提高肌肉和肝糖元含量的膳食可以提高耐力成绩。
因此长期补充DHA和丙酮酸对有氧耐力有促进作用。
4、DHA生产方法
4.1化学法生产
二羟基丙酮化学合成方法主要有：一溴丙酮酷化醇解法、1，2-丙二醇的氧化、催化甲醛聚糖法等。
第一种方法反应条件温和、合成用生产设备要求低且简单、产品收率高、产品纯度高，但主原料一溴丙酮的价格导致生产成本过高是该方法的最大缺点；第二种与前者刚好相反，反应条件及设备要求高、需要用昂贵的金属催化剂、产品收率不高，但原料成本低并可连续化或半连续化生产。
第三种方法我国还未进入实质性研究阶段。
4.2微生物转化法
简要工艺：醋酸杆菌发酵，周期80h左右，发酵单位150g/L。
提取：发酵液絮凝后过滤，再经纳滤、刮板浓缩、结晶干燥，得成品DHA。
5、技术可行性分析
生产DHA需要从小试开始研究。
