农作物秸秆发酵制备丁二酸的代谢工艺优化

丁二酸的制备方法与工艺优化

丁二酸的制备方法与工艺优化丁二酸（butanedioic acid）又称为琥珀酸，它是一种重要的有机酸。

丁二酸具有广泛的应用，包括作为工业原料、食品添加剂、医药中间体等。

因此，它的制备方法和工艺优化对于工业和科学研究都具有重要意义。

一、丁二酸的制备方法丁二酸一般有两种制备方法，分别为氧化法和合成法。

1. 氧化法氧化法是通过适当的氧化剂对1，4-丁二醇（BDO）进行氧化反应得到丁二酸。

氧化反应的机理是1，4-丁二醇被氧化剂氧化成为丁二酸。

氧化剂可以选择过氧化氢、硝基甲烷、锰酸钾等。

过氧化氢是一种常用的氧化剂，具有高效、环保等特点。

硝基甲烷则具有成本低、易得、生产成本低等优点。

锰酸钾作为催化剂，可在反应中起到催化作用。

但氧化法的缺点也比较明显，如反应条件苛刻、反应产物易受到氧化剂残留的影响等。

2. 合成法合成法是通过1,3-丁二醇或苯乙烯在适当的反应条件下进行酯化反应，制备出丁二酸。

酯化反应的机理是1，3-丁二醇或苯乙烯与丙酮酸酯在催化剂的作用下形成丁二酸。

催化剂可以选择硫酸、盐酸、氢氟酸等。

经过实验比较发现，采用氢氟酸作为催化剂反应更加容易，产物纯度也较高。

而且，这种反应条件相对简单，不会产生类似氧化反应那样的问题。

二、工艺优化1. 催化剂的选择与性能优化催化剂是反应中的关键，催化剂的选择和性能优化关系到反应的效率和产物的纯度。

针对氧化法和合成法，在催化剂的选择上具有不同的特点。

在氧化法中，氧化剂和催化剂的结合是关键。

氧化剂的选择要根据确保反应的高效、安全和环保等要素。

同时，要考虑氧化剂残留的影响，给后续的制备工艺带来衍生的问题。

而在合成法中，催化剂的选择可以有多种。

硫酸、氢氟酸等都是常见的催化剂，但它们的催化效率和产物质量都需要优化。

硫酸的酸催化活性较高，可使产物质量得到保证，但生成硫酸酯会污染环境。

氢氟酸作为固体酸催化剂，更容易掌控反应条件，产物质量更高。

2. 反应条件优化反应条件的选择和优化对反应效率和产物质量都至关重要。

丁二酸工艺路线

丁二酸工艺路线哎哟喂，说起丁二酸这个工艺路线，咱们今天就来摆摆龙门阵，用咱们地道的四川话，聊得巴巴适适的。

你晓得嘛，丁二酸这个东西，它不只是个化学名词，在我们这行里头，那可是个宝贝疙瘩。

传统上，大家伙儿都是用些化学法子来搞它，啥子石蜡氧化法、乙炔法、催化加氢法，听起来就复杂得很，像是在变魔术一样。

但你知道不，现在有个更巴适的方法——发酵法，用微生物来搞定，环保又经济，简直是绿色化学的典范！想当年，老一辈的师傅们，用石蜡在那高温高压下折腾，还要加催化剂，出来的丁二酸，产量不高，纯度也一般，累得半死。

但现在不一样了，咱们用微生物发酵，就像养娃儿一样，细心呵护，给它吃好喝好，它就乖乖地给咱们产丁二酸。

这法子不仅成本低，还不污染环境，简直是双赢！而且啊，这个发酵过程，讲究的是个细节。

你得先把种子接种到发酵罐里头，还得用NaOH把PH调到刚刚好，就像咱们做菜调盐巴一样，多一分少一分都不行。

然后，那些微生物就开始埋头苦干，把咱们给的原料转化成丁二酸。

等它们忙完了，咱们再通过一系列的工序，把丁二酸从那些杂质里头分离出来，就像咱们从菜市场挑出最鲜嫩的菜叶子一样。

说起来，这个过程还挺好玩的，就像是在和微生物玩一场无声的游戏。

你得时刻关注它们的状态，调整环境条件，让它们保持最佳状态。

当看到那一堆堆的丁二酸结晶时，心里头那个满足感，简直比吃了火锅还爽！所以啊，朋友们，咱们这个丁二酸的工艺路线，虽然听起来高科技，但其实也充满了人情味。

它不仅仅是化学和生物的结合，更是咱们智慧和汗水的结晶。

下次有机会，我带你们去看看这神奇的过程，保证让你们大开眼界！。

玉米秸秆生物炼制丁二酸的研究

玉米秸秆生物炼制丁二酸的研究丁二酸（琥珀酸）是一种重要的C4平台化合物，它作为有机化工的基本原材料广泛应用于食品医药表面活性剂清洁剂绿色溶剂生物可降解塑料等领域生物基丁二酸做为一种化工原材料的替代品，在石油基大宗化学品市场中日益受到重视，被美国能源部评估为前12种应该优先考虑的化学品之一秸秆是一种重要的木质纤维素类可再生资源，在我国资源非常丰富，每年产量约达7亿多吨，除少量被草食动物间接消化利用外，大部分以焚烧或微生物无用分解方式进入自然生态循环系统开展秸秆生物炼制丁二酸的研究，有利于减少传统化学合成中对化石原料的依赖，缓解大气的温室效应，促进碳氢化合物经济向碳水化合物经济转型；有利于促进秸秆的高值化利用，有利于解决―三农‖问题，增加农民收入本文围绕秸秆生物炼制丁二酸中的微生物菌株改造酶转化发酵策略和纤维素酶回用三个方面的关键问题，进行以下研究：(1)对丁二酸产生菌琥珀酸放线杆菌A. succinogenes CGMCC1593的pH温度和产酸三个表型进行改进首先，建立了基于―先选相对优势组群再选优势菌株‖策略的96孔板高效筛选法，通过选择性平板生长96孔培养板发酵HPLC浓缩检测和摇瓶复筛，实现了从大样本中高效筛选目标菌株其次，采用基因组改组方法，选育得到耐酸菌株F3-20和高产菌F3-3-f；采用温度驯化的方法，得到耐温菌株2-b F3-20在培养基pH5.6的条件下生长，菌体OD值提高了6倍，摇瓶产酸提高了32%；F3-3-f补料分批发酵，产丁二酸可达到94g/L，产率84%，生产强度1.96g/L/h；菌株2-b在40℃下分批发酵，产丁二酸可达到40.2g/L，产率89%，糖利用率92%，生产强度1.11g/L/h A. succinogenes的耐酸表型与丁二酸产量表型具有一定的相容性，但其温度耐受表型与产量表型的相容性相对较差再次，测定葡萄糖代谢关键酶活性发现：改组菌F3-3-f的EMP途径和C4途径中的部分酶（PEP羧化激酶己糖激酶1,6-二磷酸果糖醛缩酶和延胡羧酸酶）的活性增加，而C3途径中的部分酶（乙酸激酶丙酮酸激酶）的活性减少扩增片段长度多态性分析表明改组菌与出发菌在基因组上存有明显差异(2)探讨A. succinogenes发酵木糖与秸秆水解糖的特性以木糖混合糖和秸秆水解糖为碳源，摇瓶和发酵罐实验结果表明：A. succinogenes对木糖利用率高，但副产物乙酸浓度高，丁二酸产率低；混合糖或秸秆水解糖发酵时，其中的木糖和葡萄糖同时被利用，乙酸浓度高的程度得到一定缓解；以秸秆水解糖为底物，5L发酵罐中补料分批发酵48h产丁二酸77.6g/L乙酸9.4g/L糖利用率96%丁二酸产率84%生产强度1.62g/L/h比较单纯木糖和单纯葡萄糖发酵20h 的菌体生长底物消耗和产物形成速率，认为木糖代谢过程乙酸浓度偏高可能与ATP需求有关，而丁二酸产率偏低可能与代谢过程还原力减少有关（3）系统研究A. succinogenes秸秆同步糖化（共）发酵（SSF）策略首先，考察β-葡萄糖苷酶（βG）和木聚糖酶对纤维素酶降解秸秆的协同作用，在纤维素酶中，按每克预处理秸秆（PCS）补充10CBU的βG或50-100U的木聚糖酶，秸秆水解率提高30%左右；摇瓶SSF产丁二酸浓度可提高2.5倍，得出：对于不同来源的工业纤维素酶可采用适当补充βG和木聚糖酶的方式进行秸秆水解或SSF其次，底物（PCS）浓度实验表明：合适的底物浓度为65-80g PCS/L，SSF最适底物浓度比秸秆水解的最适底物浓度略高再次，对SSF参数进行了系统表征SSF过程中，糖浓度维持在较低水平；纤维素酶活性与秸秆颗粒质量呈现相同的减少趋势，两者在发酵前期（12h内）快速衰减至一半左右，然后基本维持不变；而βG和木聚糖酶的活性基本维持不变；丁二酸与乙酸的质量比较低（4.5左右）进一步，通过采用预水解SSF工艺，有效提高了发酵过程菌体浓度，丁二酸浓度从45.4g/L提高到47.9g/L，产率从0.567g/g PCS提高到0.598g/g PCS，结合40℃发酵，丁二酸浓度达到52.4g/L，对秸秆产率为0.655g/g PCS，丁二酸/乙酸提高到5.6然后，比较分步水解发酵（SHF）和SSF的发酵参数及酶耗，得出两种发酵工艺路线各有利弊，总体差距不明显，采用自制T. reesei发酵液以及预水解同步糖化发酵工艺相对略好，但是酶的用量与价格是决定秸秆生物炼制丁二酸的主导因素（4）针对纤维素酶的回收利用，初步研究磁性固定化β-葡萄糖苷酶pH值敏感型可逆可溶性聚合物Eudragit L-100固定化纤维素酶的方法，以及固定化酶在水解秸秆中的应用首先，通过条件优化，制得磁性固定化βG，固定化酶活力和固定化酶收率分别达到6.67CBU/g与91.0%红外光谱和扫描电镜图证实壳聚糖Fe3O4和酶有机地结合在一起；Fe3O4除了提供磁性外，还促进了壳聚糖微球对酶的吸附与游离酶相比，固定化βG的最适pH向低pH偏移了0.3，表观米氏常数略有降低，说明固定化酶对底物的亲和性没有下降在协同纤维素酶秸秆水解体系中，固定化βG稳定性良好，反复使用8次（288h），平均秸秆水解率为76.9%其次，优化Eudragit L-100固定化纤维素酶条件，制得固定化酶的酶活力为5FPU/g，固定化酶收率16.2%；固定化酶的溶解pH范围比载体的溶解pH范围略向碱性偏移，酶反应最适pH也比游离酶的最适pH略向碱性偏移在秸秆水解体系中，其水解率仅比游离酶低3%，反复利用10次（400h），平均水解率为80.4%，没有明显下降的趋势当两种固定化酶同时用于秸秆水解体系时，水解时间略有延长，重复使用7次(420h），水解率仍有75%，展现了良好的操作稳定性和应用的前景。

利用玉米秸秆水解液厌氧发酵产丁二酸的研究_黄秀梅

in PCR [ J ]. Nucleic Acid Res, 1992, 20 ( 17) : 456724573.
2009 No. 6
32 S e ria l No. 207
C h ina B rew ing
Research Report
品、纺织和电镀等行业中。传统的生产方法是石化法 ,存在污染大、成本高等缺点 ,严重抑制了丁二酸作为大宗化学品的发展潜力。随着生物工程技术的迅速发展和成熟 ,生物转化法生产丁二酸由于其高效率、环保性及原料的可再生性而引起许多研究者的注意 [122 ] ,而降低原料成本是目前研究的热点。
动子与起始密码子之间的距离。
engineering [ A ]. In: Methods in Molecular B iology [M ]. Vol. 67, To2
参考文献 :
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本实验在构建融合基因 Ppdc2ldh 时 ,为了保证后续表达的融合蛋白活性不受影响 ,设计的 2 条重叠引物的重叠区序列与 2基因片段的 3′或 5′末端序列相同 ,既未改变启
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秸秆水解液发酵产丁二酸高产菌株的选育及其代谢调控

并围绕ＨＭＰ与ＥＭＰ流量比调控Ｈ还原力以及围绕木酮糖激酶实施五、六碳糖共代谢调控。结果表明２０ｇ秸０秆水解得５萄糖和１ｇ木糖，出发株代谢流量显示丁二酸、乳酸及乙酸流量分别为２５７．２、０６１７ｇ葡１．４、０７６．１
ＬＩＸｉｇｉｎ，ＪＡＮＧｈｏｏｇ。ＰｎｊａｇＩＳａｔｎＡＮｉｕＬｊｎ，ＣＡＩＷａｈａ，Ｆｅ。ＹＩ，ＺｎｕＵＭｉＮＬｉＨＡＮＧｎｌｎＨｏｇｉｇａ
（ｃｏｌｆＢｏｃｎｌｇｎｏｄＥｇｎｅｉｇ，ＨｅｅＵｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙ，ｆｉ３０９Ａｎｕ，ＣｉａＳｈｏｉｔｈｏｏｙａｄＦｏｎｉｅｒｏｅｎｆｉｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇＨｅｅ２００，ｈｉｈｎ）ｔ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＰｅｏｓａｈｅｏｓｈｙｏｙｅｆｏｍｃｏｓｒｗｗｉｈｃｄｎｄｎｙｍｅｎｔｅｎｄｘｅｄｒｌｚｄｒｒｐｔａｔａｉａｅｚｗｅｅｒｄｅｅｍｉｅｂｔｒｎｄｙＨＰＬＣ．ｓｄｎｈｄｓｕｓｏｏｆｏｒｓｎｄｎｇｒｕｃａｄｎｚｍｅ，ｔｍｅａｏｌｐｔｗａｗａＢａｅｏｔｅｉｃｓｉｎｃｒｅｐｏｉｐｏｄｔｎｅｙｈｅｔｂｉｃａｈｙｓａｌｚｄＦｏｒｉｅｄｃｉｇｌｃｉｃｄｍｅａｏｌｃｐａｈｗａｎｃｔｃａｉｔｂｏｉｔｎａｙｅ．ｎｔｒｉｔｎａｔｃａｉｔｂｉｔｙａｄａｅｉｃｄｍｅａｌｃｐａｈｗａｙ，ｔａｅｔａｎｈｅｐｒｎｔｓｒｉｗａｓｍｕｔｔｄｂｙｓｆｒｙｏｙｎｈｏｏｕａｉｔｏｎｎｏｄｒｔｍｐｏｈｅｂｌｎｃｆＨｅｕｃｎｇｐａｅｏｔＸ— ａｆｓｃｒｎｓｒｄａｉ．Ｉｒｅｏｉｒｖｅｔａａｅｏｒｄｉｏｗｅｒ，ｔｌｒｔｏｆＭＰｔＥＭＰｗａｍｏｈｅｆｕｘａｉｏＨｏｓｄｕｌｔｄａｅｂｙｄｄｎｃｔａｅＴｈｎｈｅｙｌｏｎａｅｃｉｉｙａｉｇｉｒｔ．ｅｔｘｕｌｋｉｓａｔｖｔｗａｓｒｇｕａｅｏｈＯｆｒｎａｉｎｏｎｔｓｎｘｏｅｅｌｔｄｆｒｔｅＣ — ｅｍｅｔｔｏｆｐｅｏｅａｄｈｅｓ．Ｔｈｅｒｓｌｓｓｗｅｈｔａｏｕｇｇｕｃｅａｅｕｔｈｏｄｔａｂｔ５ｌｏｓｎｄ１７１ｇｘｙｏｅｗｅｅｈｙｏｙｅｒｍ０ｒｐｓｒｗ．Ｍｅａｏｉｌｎａｙｓｓｏｈｒｎｔｓｒｉｎｃｔｄｔｔｌｓｒｄｒｌｚｄｆｏ２０ｇｃｏｔａｔｂｌｃｆｕｘａｌｉｆｔｅｐａｅｔａｎｉｄｉａｅｈａｔｌｆｓｃｉｉｃｄ．１ｃｉｃｄａｃｔｃａｉｒ．５７ｍｍｏｌ・ｇ一・ｈ，０２ｍｏｈｅｆｕｘｏｕｃｎｃａｉａｔｃａｉｎｄａｅｉｃｄｗｅｅ２４一．７６ｍｌ・ｇ・ｈ

碱预处理秸秆同步糖化发酵生产丁二酸

碱预处理秸秆同步糖化发酵生产丁二酸孔德城;郑璞;董晋军;倪晔;孙志浩【摘要】研究了碱预处理秸秆及用琥珀酸放线杆菌Actinobacillus sucinogenes 同步糖化发酵秸秆生产丁二酸。

结果表明：用1．0％NaOH溶液于12022分别预处理玉米、小麦和水稻3种秸秆2h，其木质素的脱除率、纤维素与半纤维素的总保留率均在85％以上。

以3种碱预处理后的秸秆为原料，在补加纤维素酶与纤维二糖酶的条件下，A．sucinogenes F3—21摇瓶厌氧发酵72h，产丁二酸浓度分别为30．74g／L、24．98g／L和26．57g／L；在7L罐中厌氧发酵72h，丁二酸浓度分别达到40．21g／L，30．06g／L和39．07g／L，每克预处理秸秆产丁二酸分别为0-50g、0．38g和0．49g.并用钙盐法对玉米秸秆同步糖化发酵液进行提取，得到纯度为99．98％的丁二酸结晶。

说明了玉米、小麦和水稻3种秸杆为原料进行同步糖化发酵生产丁二酸的可行性。

%In this paper, alkali pretreatment of corn, wheat and rice three stalks, as well as succinc acid （SA） production by simultaneous saccharification and fermentation （SSF） from the pretreated stalks were investigated. Re- sults showed that when corn, wheat and rice stalks were pretreated with 1.0% NaOHco ncentration at 120℃ for 2 h, the rates of both lignin removal and cellulose-hemicellulose remains were more than 85%. In the conditions of cellulose and eellobiase added, 30.74 g/L, 24.98 g/L and 26.57 g/L SA were achieved using the corn, wheat and rice pretreated stalks as stuff respectively, when SSF were performed 72 h by Actinobacillus sucinogenes F3 -21 in 150 mL flask. While in a 7 L stirred bioreaetor, SA concentration were obtained 40.21 g/L, 30.06 g/L and 39.07 g/L in 72 h, and its yields ofeach per gram of pretreated stalks reached 0.50 g, 0.38 g and 0.49 g correspondingly. Moreover the extraction of SA by precipitation from the broth of corn stalk SSF was attempted. SA crystal with a purity of 99. 89% was obtained. The results suggest the feasibility of SA production by SSF from corn, wheat and rice stalks.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2011(037)010【总页数】5页(P1-5)【关键词】秸秆;丁二酸;同步糖化发酵;琥珀酸放线杆菌;提取【作者】孔德城;郑璞;董晋军;倪晔;孙志浩【作者单位】工业生物技术教育部重点实验室;江南大学生物工程学院,江苏无锡,214122;工业生物技术教育部重点实验室;江南大学生物工程学院,江苏无锡,214122;工业生物技术教育部重点实验室;江南大学生物工程学院,江苏无锡,214122;工业生物技术教育部重点实验室;江南大学生物工程学院,江苏无锡,214122;工业生物技术教育部重点实验室;江南大学生物工程学院,江苏无锡,214122【正文语种】中文【中图分类】TS749.21.1 材料1.1.1 菌株琥珀酸放线杆菌(A.succinogenes F3－21)，本实验室保藏［6］;里氏木霉(Trichoderma reesei SW09－1)，本实验室保存菌种。

发酵法制备丁二酸工艺

发酵法制备丁二酸工艺发酵法制备丁二酸听上去有点高大上，其实它的过程就像做一道美味的菜。

我们说，发酵嘛，就是让微生物来“帮忙”，它们可聪明了，能把一些简单的东西变得丰富多彩。

想想看，咱们平常吃的酸奶、面包，都是通过发酵来的，丁二酸的制备也是这个道理。

那丁二酸到底是啥呢？简单来说，它是一种有机酸，常用于食品、药品和化工行业，听上去是不是很重要？没错！它的作用可大着呢。

咱们先说说原料吧，发酵丁二酸的主要原料一般是葡萄糖，这玩意儿可广泛了，咱们在超市随处可见，价格也不贵，绝对是小白的最佳选择。

然后，选一款合适的微生物，这可得费点心思了。

通常用的是某些特定的细菌，它们像小工人一样，勤勤恳恳地工作，把糖分转化成丁二酸。

要是选错了，嘿嘿，可能就变成别的东西了，那就得不偿失了。

在这过程中，温度和pH值可是关键。

想象一下，咱们煮菜的时候得控制火候，这里也是一样。

一般来说，温度要在适宜的范围内，太高了细菌可能“烫坏”，太低了又懒得工作。

所以呢，控制得当就能让它们尽情发挥，产生更多的丁二酸。

pH值也是个细致活儿，太酸或太碱都不行，要保持一个合适的平衡，才能让这些微生物安心工作，真是“调和之道”啊！发酵的时间就要来了。

根据不同的菌种和条件，发酵的时间长短也会有所不同，通常在几天到几周之间。

这段时间可得耐心等待，像种花一样，得浇水、施肥，还得时不时地看看有没有虫子。

这时，咱们就可以盯着反应罐，想象着那些小细菌在里面开party，忙得不可开交。

想一想，真是让人忍俊不禁，虽然它们看不见，但咱们的期待可是满满的。

当发酵完成后，收获的时刻终于到来！这时候，反应罐里已经充满了丁二酸的气息，当然还有一些杂质。

接下来的步骤就是分离纯化，把丁二酸从那些“杂货”中提取出来。

想想吧，就像在海滩上捡贝壳，得把沙子和海水都去掉，才能找到美丽的贝壳。

通常用的方法是结晶、萃取或蒸馏，这些都得小心操作，别让好东西浪费了。

纯化后的丁二酸就可以包装出门了，准备去各个行业大展拳脚。

生物发酵法制丁二酸生产工艺的研究与应用

生物发酵法制丁二酸生产工艺的研究与应用魏世康【摘要】丁二酸是一种重要的化工原料，广泛用于食品、医药和化工等行业，市场前景广阔。

微生物发酵法生产丁二酸具有高效、环保、可持续利用的特点，是一种新型的绿色化工生产工艺。

本文介绍了微生物发酵法制备丁二酸的生产工艺并对其应用前景进行了展望。

%Succinic acid is an im portantchem icalm aterial.Itis w idely used in food,m edicine and chem icalindustry,and has broad m arketprospect. The process ofsuccinic acid ferm entation is a new type ofgreen chem icalproduction process and has the characteristics ofhigh efficiency,environ-m entfriendly and sustainable utilization.In thispaper,the m icrobiologicalferm entation technology ofsuccinic acid w as introduced,and the applica-tion prospectsofsuccinic acid w ere also analyzed.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】5页(P15-19)【关键词】丁二酸;生物发酵;工艺;应用【作者】魏世康【作者单位】中国石化扬子石油化工有限公司化工厂，江苏南京 210048【正文语种】中文【中图分类】TQ921丁二酸又称作琥珀酸，是一种重要的二元羧酸，可以合成多种复杂有机物，在医药、食品、合成塑料、生物可降解材料等领域有广泛的应用。