提高产物的浓度一直是生物法合成1,3-丙二醇(1,3-PD)研究的热点之一。本课题组前期筛得的菌株Klebsiella pneumoniae XJPD-Li具有在较高的温度(40℃),较高的pH(8.0)下,高效、快速的合成1,3-丙二醇的特点。以此为基础,通过对K.pneumoniaeXJPD-Li发酵特性的研究,甘油驯化、批式发酵工艺以及发酵动力学的研究得到以下结果： 1.K.pneumoniae XJPD-Li的最适的发酵温度为40℃,pH为8.0,无机氮源为的硫酸铵,最适底物甘油浓度为20-30g/L。批式发酵表明在甘油初始浓度为20g/L情况下,发酵8小时底物就已完全消耗,此时菌体生物量和产物1,3-PD均达最大,1,3-PD的浓度达到12.2g/L,甘油的摩尔转化率达0.73,生产强度为1.53g/L·h;补料批式发酵66小时,1,3-PD的终浓度为32.01g/L,摩尔转化率为0.59,生产强度为0.49g/L·h。研究发现1,3-PD的形成与菌体的生长呈明显的相关性,1,3-PD的合成主要集中在K。pneumoniae XJPD-Li的对数期和稳定期初期。 2.为了提高K.pneumoniae XJPD-Li对底物甘油的耐受性,通过梯度甘油驯化后,K.pneumoniae XJPD-Li在40g/L甘油摇瓶培养48h可以将甘油耗完,而对照剩余甘油高达21.87g/L;生物量、合成1,3-PD与对照相比分别提高了48％和159％。在补料批式培养中,表征菌体性能的参数YP/X提高了一倍,合成1,3-PD的能力由29.89g/L提高到53.13g/L,提高了77％,且驯化后的菌株遗传性能稳定。 3.不同的甘油流加策略对1,3-PD的合成影响很大,相比而言,甘油耦联碱流加方法简便易行。在微氧发酵过程中,通入0.4vvm的空气1,3-PD的合成前期(12h)生产强度为3.16g/L·h,终浓度为65.26g/l,摩尔转化率为0.56。添加适量的葡萄糖、蔗糖可以明显提高K.pneumoniae XJPD-Li的生物量和1,3-PD的转化率。代谢流分析表明乳酸途径的改造是K.pneumoniae XJPD-Li今后生产中急需解决的问题。 4.基于Logstic方程和Luedeking-Piret方程建立了K.pneumoniae XJPD-Li批式发酵动力学模型,该模型可以很好的描述菌体生长、底物消耗和1,3-PD合成的过程。1,3-PD合成机制分析表明,K.pneumoniae XJPD-Li合成1,3-PD是以生长机制为主的混合型动力学机制。 通过对K.pneumoniae XJPD-Li批式发酵工艺的系统研究,为1,3-PD生物合成过程调提供理论指导,加快生物法合成1,3-PD的工业化进程,同时也为微生物法合成其他醇类物质提供借鉴与参考。