二羟基丙酮的合成研究进展
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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。
膜生物反应器连续发酵法制取二羟基丙酮二羟基丙酮(dihydroxy acetone,DHA)作为重要的化工、生化原料在精细化工、食品工业、化妆品工业和水质净化等方面潜在着广泛的应用前景,例如,以DHA为主要成分的保鲜剂可用于果蔬、水产品、肉制品的防腐保鲜[1~3]。
微生物发酵法制备可应用于食品工业领域的DHA已引起人们的关注。
其中以甘油为底物,用醋酸杆菌AcetobacterSuboxydans间歇发酵生产DHA已有报道[3],但因底物和产物的反馈抑制导致产率不高。
虽然有多级反应器连续发酵生产DHA可使这一问题在一定程度上得到改善,但仍存在有底物和产物的抑制作用[4]。
利用膜生物反应器(MBR)连续发酵制取二羟基丙酮,可在有效地实现在生物反应的同时进行产物的分离,即在同一反应体系中同时实现菌体积累和产物转化。
通过膜的选择性滤过作用,即时引出产物,使菌体和产物DHA随时实现分离,避免了产物DHA在菌体细胞周围的高浓度积累,消除了产物对菌体的抑制。
可使生物转化的平衡反应向所需方向移动从而获得较高的催化稳定性;并得到不含细胞的澄清透过液,使反应和分离同时进行,大大简化了后续分离纯化过程[5]。
笔者以醋酸杆菌Acetobacter Suboxy-dans间歇发酵合成DHA为基础,研究了在MBR连续培养过程中菌体生长特性和各基本参数的影响,进行了甘油生物转化DHA条件的优化, 实验证实了醋酸杆菌在MBR中连续发酵的可能性。
1材料与方法1.1菌种本研究所使用菌种AcetobacterSuboxydans由俄罗斯国家遗传和育种研究所提供。
1.2培养基平板及斜面培养基:葡萄糖20g/l,酵母提取物5g/l,琼脂20g/l,PH7.0种子培养基:葡萄糖30 g/L,玉米浆5·0g/L,蛋白水解液2·0g/L,(NH4)2HPO31·5g/L,MgSO40·25g/L,甘油10g/L。
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。
微生物法生产二羟基丙酮二羟基丙酮是最简单的多羟基酮糖,带有甜味的白色粉末状结晶,易溶于水、乙醇、丙酮和乙醚等溶剂。
具有广泛的用途,主要用于以下领域:1、医药中间体:DNA分子中含有三个官能团,化学性质活泼,广泛参与诸如聚合、缩合等各种化学反应,如能催化甲醛到羟醛、羟酮的缩合反应。
是一种重要的化学合成的中间体;是治疗心血管疾病药物的中间体。
2、化妆品添加剂:DHA广泛应用于化妆品中,能阻止皮肤水份的过度蒸发,对皮肤起到保湿和防晒作用,防紫外线辐射;作为白癜风病人皮肤的覆盖剂,病人皮肤呈正常皮肤颜色。
3、饲料添加剂:DHA能提高猪肉的瘦肉率。
目前,国内还没有企业生产DHA,它的市场价格约为12-13万元/吨,其原材料甘油的价格在8000元/吨以下。
国内DHA的需求在1000-2000吨/年左右,70%是用于医药中间体,30%用于化妆品。
国际上DHA的市场很大,每年销量约为万吨,销售额1-2亿美元。
具有良好的市场前景。
微生物法生产DHA的工艺,是利用微生物产生的甘油脱氢酶,催化甘油的2位的羟基进行脱氢反应,生成1,3-二羟基丙酮(DHA)。
从技术经济性和环境友好角度来考虑,微生物法生产DHA有不少优点:如反应条件温和、原料利用率高、工艺简单、易于控制等。
维生素B2维生素B2是一些重要药物的中间体,应用领域:①食品工业:食品的营养强化剂。
②畜禽养殖业:饲料添加剂。
③医药工业:临床治疗药物、健康保健药物、心血管疾病药物中间体。
④化妆品工业:抗氧化剂。
目前水平:在250L发酵罐中发酵152小时,发酵液中维生素B2产量21100μg/ml。
提取结晶总收率达85.8%,一次结晶纯度达89%,二次结晶纯度达99%以上。
生产成本及效益:每吨小于 12万元。
以2007年6月广济药业80%饲料级维生素B2产品内销价格为530-540元/公斤(含税价)计,每吨可获利润40万元。
以2007年6月山东恩贝集团外销80%饲料级维生素B2产品价格为800元/公斤计,每吨可获利润68万元。
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。
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。
《【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。
【引用】二羟基丙酮生产研究进展2011-03-13 22:24:06| 分类:默认分类| 标签:|字号大中小订阅本文引用自云中鹤《二羟基丙酮生产研究进展》二羟基丙酮或1,3-二羟基丙酮,英文名为1,3-dihydroxyaeetone或dihydroxyacetone,简写为DHA,是最简单的三碳酮糖,外观是白色或类白色粉末状结晶,具有甜、凉的味道,易吸湿并分解。
一般状态下是二聚体(1,4-Dioxane)的结晶,能缓慢地溶于1份水中或15份乙醇中,微溶于乙醚,但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,熔点为75~80℃,水溶性>250g·L-1(20℃),在pH为6.0时稳定,是一种重要的化工、生化原料,医药、农药合成中间体和多功能食品添加剂,用途十分广泛。
国内有关DHA的报道很少,其生产目前还是一片空白,而国外DHA已得到了广泛的实际应用。
1 工业生产方法二羟基丙酮的工业生产方法目前是利用微生物分批发酵。
该法是在菌体生长到适当的时期,利用菌体产生的脱氢酶以甘油为底物进行脱氢反应,产生DHA。
用于生产DHA的微生物主要是醋酸杆菌属(Acetobacter)和葡萄糖杆菌属(Gluconobacter)微生物,尤其是弱氧化醋酸杆菌(Acetobacter Suboxy-dans)和氧化葡萄糖杆菌(Gluoonobacter Oxydans)。
菌种在复苏后先进行预培养,然后转发酵罐扩大培养,待菌种达到一定浓度后,接种到含有甘油的发酵培养基当中,经过60-80h的耗氧发酵后,再将发酵液一次放出,经分离纯化得到DHA。
每一个分批发酵过程都经历接种、生长繁殖、菌体衰老进而结束发酵,最终提取出产物。
目前已有采用流加甘油方法,在菌体生长到对数期时,并在产物DHA达到一定水平(80-120g·L-1)后,放出部分产物,并补加原料和培养基,这样就可以减少达到生产水平的生物量的时间,提高底物甘油的利用率,节约成本。
由甘油制备1,3-二羟基丙酮的研究进展
余健儿;王建黎;计建炳
【期刊名称】《现代化工》
【年(卷),期】2009(0)S2
【摘要】综述了近年来以甘油为原料制备二羟基丙酮的研究和技术开发进展。
介绍了微生物法、直接催化氧化法和间接氧化法的研究现状;评述了甘油催化氧化过程中催化剂和反应条件等对产物的选择性和产率的影响;总结了分离提纯二羟基丙酮的方法。
最后对以甘油为原料制备二羟基丙酮的研究和发展方向进行了展望。
【总页数】5页(P45-48)
【关键词】甘油;二羟基丙酮;合成
【作者】余健儿;王建黎;计建炳
【作者单位】浙江工业大学化学工程与材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ224.223
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