1,3-丙二醇(1,3-PDO)是于上个世纪90年代初开发出来的一种重要化工原料,主要应用于印染和纺织品、工程塑料、涂料和油墨三大领域,是PTT聚酯纤维合成不可替代的重要原料。目前全球1,3-PDO产能为30万吨,还远远不能满足百万吨以上的市场需求,发展空间巨大。论文内容包括三个方面:克雷伯杆菌的实验室培养基小试优化部分;中试放大及数据分析;对发酵工艺的优化升级部分。在实验室小试优化部分,进行发酵培养基的优化实验,优化菌种KP(Klebsiellα pneumoniαe)的培养基,磷酸盐,硫酸铵两种主要盐分的最优添加量分别是4.7 g/L和2 g/L,葡萄糖的最优添加量为10 g/L。针对实验过程中克雷伯杆菌表现出的对发酵温度的敏感性,设计不同温度的发酵实验,KP菌种的最佳发酵温度为30 ℃。在5 L发酵罐中分别对比了中试车间使用的甘油和实验室中使用的试剂甘油作为不同底物对发酵结果的影响,发酵液中1,3-丙二醇的积累浓度分别达到52 g/L和72 g/L,表明中试车间使用的甘油对菌种的催化活性有较强的抑制作用。在中试装置的放大试验中,对位于山东瑞星集团的中试放大装置进行了前期调试,管路改建优化。在1吨发酵罐中主要产物1,3-PDO的积累浓度达到了 67 g/L,1,3-PDO和2,3-BDO的综合产量达到89 g/L,甘油对1,3-PDO的转化率(g/g)中达到0.51,对二醇的转化率(g/g)达到0.68。在MGH 78578野生型模型的基础上修改成为本实验所用的野生型KCTC 2242的基因改造菌种模型,分别对30 ℃和37 ℃不同温度发酵条件下两批中试实验发酵数据进行处理,并运用构建的野生型KCTC 2242模型进行代谢流分析,分析结果表明30 ℃的发酵条件提高了菌体中ATP合成和还原力生成相关反应的强度,并减低了糖酵解途径和TCA循环途径的反应强度。通过提供足够的还原力和能量,延长菌体催化时间,得到更高的产物积累。论文第三部分内容,针对实际放大实验中遇到的问题,在实验室进行探索性工艺优化实验。对发酵后的菌体分离再利用,这种工艺将菌体的有效催化时间从原来的24 h提高到72 h,对发酵效率的提高具有积极意义。另外对发酵分离上清液再接种发酵实验中,探索了不同的预处理方法,结果表明活性炭预处理吸附脱色的方法,能够实现发酵上清液的脱毒再发酵。实验利用5 L发酵罐得到的上清液进行摇瓶实验再发酵,发酵液中1,3-PDO的积累量从72 g/L继续累积到85 g/L,验证了工艺的可行性。