正丁醛氧化生产高纯正丁酸工艺研究

一、正丁醛氧化制高纯度正丁酸的工艺研究（论文文献综述）

胡佳磊^[1]（2020）在《酪丁酸梭菌发酵海带水解液产丁酸和丁醇的研究》文中研究说明丁酸和丁醇是重要的化学品,被广泛应用于化工、食品和医药等领域,目前主要以石油为原料通过化学法合成。由于化石能源的逐渐枯竭和环境污染问题的日益严重,利用微生物发酵可再生生物质生产生物基化学品和生物燃料受到越来越多的关注。然而,由于微生物转化存在底物成本高、副产物的存在导致目标产物浓度和得率低等缺点,通过微生物发酵生产丁酸和丁醇无法与化学合成法竞争。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide,NADH）是丁酸和丁醇代谢过程中的关键辅因子,许多研究表明通过外源添加电子载体或使用较高还原态的底物如甘油或甘露醇能强化NADH供给水平,能够提高还原性产物（如乙醇、丁醇、1,3-丙二醇和丁酸）的发酵水平。因此,本研究拟通过选取来源丰富、可再生的廉价底物海带作为甘露醇的来源,并通过代谢工程和过程工程手段强化酪丁酸梭菌（Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755）对甘露醇和海带水解液的利用,以期为生物基丁醇和丁酸的经济高效生产提供借鉴。研究结果表明,以1:2或2:3的甘露醇/葡萄糖为混合底物,能有效提高Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755丁酸的得率（0.44-0.46 g/g）和选择性（100%）,副产物乙酸的消除有助于降低后续的分离纯化成本。为进一步提高丁酸发酵的经济性,以经稀酸预处理和酶水解后的海带水解液（添加葡萄糖调节使甘露醇与葡萄糖的质量比为1:2）为底物进行分批发酵,丁酸的选择性和得率分别达到100%和0.42 g/g,该研究为生物基丁酸的生产提供了新思路。在C.tyrobutyricum ATCC 25755中过表达来自Clostridium acetobutylicum ATCC 824的双功能醇醛脱氢酶（aldehyde/alcoholdehy drogenasegenes,adh E2）能显着提高其甘露醇利用能力,并将其改造成丁醇生产菌株,工程菌命名为Ct-p MA。以甘露醇为底物时,工程菌Ct-p MA的丁醇产量和得率分别为12.44 g/L和0.26 g/g,分别较以葡萄糖为底物时提高117%和117%。在此基础上,为提高菌株对产物丁醇的耐受性,分别研究了过表达来自C.tyrobutyricum ATCC 25755、C.acetobutylicum ATCC 824和Deinococcus wulumuqiensis R12的热激蛋白Gro ESL以及来自D.wulumuqiensis R12的热激蛋白Dna K对Ct-p MA丁醇发酵的影响,结果表明过表达来自D.wulumuqiensis R12热激蛋白的工程菌Ct-p MA12G（Gro ESL）和Ct-p MA12D（Dna K）的丁醇耐受性明显提高。不同海带预处理水解液发酵结果表明,海带超声预处理的效果要明显优于海带酸水解和酶水解。当以浓缩～1.3倍的海带超声提取液为底物时,工程菌Ct-p MA12G的丁醇产量和得率分别为11.13 g/L和0.31 g/g,分别较Ct-p MA提高23.53%和19.23%。通过pH优化显着提高了工程菌Ct-p MA的甘露醇利用能力、丁醇产量以及产物中溶剂与酸的比值,并确定了甘露醇发酵的最佳p H为6.5。为了进一步提高丁醇得率和生产速率,利用CSIRPR基因编辑技术将cat1替换为adh E2阻断副产物丁酸合成途径,并通过纤维床固定化工程菌进行重复分批发酵。工程菌Ct-Δcat1::adh E2的丁醇产量、得率和生产速率分别稳定在>18 g/L、～0.3 g/g和～0.80 g/L·h。选取浓缩～1.5倍的海带提取液为底物进行发酵,获得最佳的丁醇产量（14.99 g/L）、得率（0.39 g/g）和生产速率（0.25 g/L·h）,证实了以海带为原料生产丁醇可行性。

王媛媛^[2]（2020）在《双金属氧化物催化剂上环己酮B-V氧化制备ε-己内酯工艺研究》文中认为ε-己内酯是一种优良的有机合成中间体,在医学、环境、化工等领域均有应用。工业生产中常用过氧酸来氧化环己酮制备ε-己内酯,但由于成本高、收率低和原料储存危险等原因需要被替代。H2O2、O2/醛类是目前较为合适的氧化剂,且研发高效的催化剂来提高反应效率已成为重要方向。本文分别以双氧水氧化和氧气/醛共氧化环己酮制ε-己内酯作为性能评价实验,重点探究对体系具有高效催化作用的双金属氧化物催化剂。研究和分析了催化剂的制备、表征、催化性能以及反应条件对环己酮Baeyer-Villiger（B-V）氧化反应的影响,结合论述内容得出以下主要结论:首先,以Mg（Ⅱ）和Sn（Ⅳ）为活性中心,制备不同镁和锡摩尔比例的双金属氧化物催化剂,实验筛选得到较优投料摩尔比为2:1。分别采用共沉淀法和水热法制备不同模板剂修饰的催化剂Mg0.67Sn0.33-N-T和Mg0.67Sn0.33-N/Na-T（H）。催化剂通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附等手段进行表征,结果显示模板剂的加入对催化剂形貌、晶相、比表面积等结构性能均有影响,能够提高催化剂稳定性。其中Mg0.67Sn0.33-N-CTAC在双氧水氧化环己酮反应中显示最优催化性能和较少回收损失。优化之后的反应条件为:催化剂0.28g,环己酮 12mmol,H2O2（30wt%）96mmol,乙腈 10 mL,75℃,6h,环己酮转化率达89.92%,ε-己内酯选择性为91.20%。其次,通过O2/苯甲醛共氧化环己酮反应,从多种单金属、双金属氧化物以及分子筛负载型催化剂中选出Ce和Fe为适宜的催化中心;以铈铁摩尔比为3:1为定值,探究共沉淀法、溶胶凝胶法、氢气还原法、直接混烧法制备的催化剂催化性能;选择采用共沉淀法,改变铈铁投料摩尔比制得一系列催化剂Ce/Fe（a:b）-600,通过环己酮氧化实验得出较适比例为2:1;在此基础上制不同焙烧温度催化剂Ce/Fe（2:1）-T,结合XRD、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）等手段的表征结果可知CeO2和Fe2O3之间存在协同作用。Ce/Fe（2:1）-500具有相对最高的表面氧浓度,有利于苯甲醛和环己酮的活化,在氧气/苯甲醛共氧化环己酮反应中展现最优催化效果。筛选得出较适反应条件为:催化剂50mg,环己酮12mmol,苯甲醛 24mmol,O2 10mL/min,1,2-二氯乙烷（DCE）20mL,反应温度 45℃,时间4h,环己酮转化率99.20%,ε-己内酯选择性99.93%,苯甲醛转化率97.22%,苯甲酸选择性99.32%,催化剂循环使用4次没有明显活性下降。接着,将上述催化剂Ce/F e（a:b）-600和催化剂Ce/Fe（1:1）-T用于催化O2/异丁醛共氧化环己酮制ε-己内酯反应,筛选得到Ce/Fe（1:1）-500为最适催化剂。对催化剂用量、反应温度、时间、醛酮比等条件进行探究,得到适宜的反应条件为:催化剂 50mg,环己酮 12mmol,异丁醛18mmol,O2 15mL/min,DCE 15mL,反应温度45℃,时间1.5h,环己酮转化率35.60%,ε-己内酯选择性99.91%,异丁醛转化率99.94%,异丁酸选择性91.90%,催化剂循环使用5次仍保持较高活性。最后,对氧气/异丁醛氧化环己酮年产1000吨ε-己内酯工艺进行放大方案设计,可为以后实际生产设计提供一定参考。

鄢凌^[3]（2019）在《羧酸的盐析和糖析萃取及耦合发酵研究》文中研究指明羧酸是一类重要的平台化合物和生物中间体,可以利用各种可再生资源通过生物转化法进行生产。由于羧酸亲水性强且浓度低、发酵液中副产物和杂质较多,下游的分离过程复杂繁琐,使得分离操作成为限制羧酸大规模生产的瓶颈。为此,开发经济高效的分离技术是解决该问题的关键。针对上述问题,本文在前期工作基础上,利用盐析萃取技术分离发酵液中的羧酸;通过绘制不同盐析萃取体系的双结点曲线,探究其成相规律和特点;系统地研究了不同结构的短链羧酸在不同盐析萃取体系中的分配行为,并考察了系统组成、温度、pH等因素对羧酸分配行为的影响,从而总结了羧酸在不同体系中的分配规律,并将盐析萃取技术用于发酵液中琥珀酸的分离。考虑到盐析萃取体系中无机盐的回收及循环利用的问题,开发了糖析萃取耦合发酵生产乳酸的工艺。具体研究结果如下:（1）通过绘制不同盐析萃取体系的双结点曲线,发现有机溶剂的成相能力与其疏水性强弱成正比,Clog P比介电常数更适合分析有机溶剂在盐析萃取体系中的成相能力。随着有机溶剂疏水性的增强,疏水作用逐渐在两相体系中占据主导,无机盐的盐析效应对分相情况的影响逐渐减弱。（2）考察了 15种羧酸在不同盐析萃取体系中的分配行为,发现羧酸疏水性越强,越容易被萃取到溶剂相,而有机溶剂的疏水性和羧酸的分配行为并不完全相关。碱性条件不适合羧酸的萃取,酸式盐（硫酸铵）体系对羧酸的萃取效果远好于碱式盐（磷酸氢二钾）体系。乙醇/磷酸氢二钾体系对不同羧酸分离系数最高,而丙酮/硫酸铵体系对羧酸的萃取效率最高。（3）进一步考察了 7种一元羧酸在4种一元醇/磷酸氢二钾体系中的分配行为,发现亲水性更强的有机溶剂对疏水性更强的羧酸具有更好的萃取效率。随着系线长度的增加,疏水性强的羧酸分配系数增加越快,亲水性强的羧酸分配系数则下降越快。在一定系统组成下,羧酸分配系数的自然对数（ln K）与羧酸和一元醇的ClogP在三维空间中线性相关;在相同盐析萃取体系下,羧酸分配系数的自然对数（ln K）与系线长度和羧酸的CH2数在三维空间中线性相关。因此一元羧酸在任一系统组成的分配系数可以通过计算获得。羧酸的萃取是一个放热过程,温度的升高不利于羧酸的萃取。在碱性条件下,随着pH值的升高,羧酸的分配系数、相比和回收率均呈下降趋势。但是对比酸式盐硫酸铵体系,pH值的变化对羧酸分配行为的影响并不显着。（4）利用丙酮/硫酸铵盐析萃取体系结合结晶对发酵液中琥珀酸进行分离,发现pH值对羧酸的分配行为影响显着,未解离的羧酸更容易被萃取到溶剂相。发酵液不需要过滤即可直接进行盐析萃取,将琥珀酸萃取到上相的同时去除发酵液中99.04%的菌体和90.82%的蛋白质。上下相中的丙酮均可通过蒸馏得到回收,下相中的硫酸铵则通过加入甲醇溶析结晶得到回收。通过盐析萃取、活性炭吸附、真空精馏和结晶干燥等操作,最终琥珀酸的总回收率和纯度分别达到64.44%和90.58%。（5）通过绘制不同糖析萃取体系的双结点曲线,发现二甲基亚砜、甲醇、乙醇与葡萄糖不能形成糖析萃取体系,其他有机溶剂的成相能力顺序为:乙腈>四氢呋喃>叔丁醇>正丙醇>丙酮>异丙醇;非质子性溶剂的成相能力比质子性溶剂醇类强。糖的羟基数目越多,分相能力越强;羟基数相同的情况下,六元环结构的单糖比五元环的单糖有更强的分相能力。对于己糖而言,C4位置的羟基处于直立位置且C2位置的羟基处于平伏位置要比C4羟基处于平伏位置而C2羟基处于直立或平伏位置的水化能力更强,进而强于C4和C2位置羟基均处于直立位置,因此D-半乳糖的分相能力最强。温度对异丙醇/葡萄糖体系的双结点曲线几乎没有影响,而温度的升高会使乙腈/葡萄糖体系的双结点曲线位置上移,成相范围变小。（6）利用葡萄糖/异丙醇糖析萃取体系耦合发酵生产乳酸,在40%异丙醇/12%葡萄糖体系中,乳酸的回收率和分配系数分别为81.67%和1.48。异丙醇的浓度对鼠李糖乳杆菌有很强的抑制作用,异丙醇浓度需控制在10 g/L以下。萃余相经过加水稀释导致营养成分不足,并且在残余的乳酸和异丙醇的影响下,再次接种发酵导致乳酸的产量和转化率都大大降低。但是在萃余相的发酵培养基中补加酵母粉作为氮源,乳酸的产量和转化率与正常发酵类似。综上所述,通过考察不同类型羧酸在不同盐析萃取体系中的分配行为,总结了羧酸在盐析萃取体系中的分配规律,加深了对盐析萃取体系应用范围的认识,有助于对其他物质的盐析萃取提供有效指导。针对盐析萃取体系中无机盐的回收及循环利用的问题,开发了糖析萃取体系,并成功用于乳酸的分离。该方法避开了分相剂的回收问题,有助于减少资源浪费和废水排放,为生物基化学品发酵与分离的耦合提供了新的思路。

彭胜攀^[4]（2019）在《功能性介孔二氧化硅制备及其吸附低浓度恶臭气体性能研究》文中研究表明恶臭气体不仅有挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）污染的一般特性,还具有被人嗅觉感知的特殊性。恶臭气体的嗅阈值极低,当浓度体积分数为10-9甚至10-12时,仍能产生强烈令人不愉悦的味道。目前,现行《恶臭污染物排放标准》中,规定的8种恶臭气体排放标准远少于已知的4000多种（其中常见恶臭气体有十几种,随着社会发展在不断增多）,且这8种恶臭气体排放浓度高于其嗅阈值1到3个数量级,远达不到根除异味目的。此外,低浓度恶臭气体（体积分数低于1O×10-6）处理技术很少被关注,却是解决恶臭污染问题的重点和难点。吸附处理技术是应用于环境治理的主要方法之一。介孔二氧化硅不但具有较高的比表面积、孔结构可调、孔容量大等特点,而且二氧化硅物化稳定性较好,介孔孔道界面丰富的硅羟基利于进行功能化修饰。这使得介孔二氧化硅成为处理种类繁多、物化性质各异恶臭气体的较好选择。本论文以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和聚乙二醇（PEG2000）为模板剂,利用溶胶-凝胶法在常温下制备高比表面积介孔二氧化硅,引入硅烷偶联剂（SCA）和金属盐对其进行功能化。考察了介孔二氧化硅对低浓度恶臭气体正丁醛（n-C4H8O）和甲硫醇（CH3SH）的吸附性能。主要研究内容和结果如下:（1）探索了反应温度（T）,氨水用量（CNH3）,反应时间（tgel）,乙酸乙酯用量（CEtOAc）对介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）形貌结构的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,X射线衍射分析（XRD）和比表面分析（BET）方法对样品进行表征,结果表明当模板剂为CTAB不变时,材料的比表面积保持在948 m2·g-1～1305 m2·g-1之间,孔容量保持在0.73 mL·g-1～2.11 mL·g-1之间。研究发现这四个因素对介孔有序度（Ocrystal）影响较小,而孔径（DpQre）和CNH3呈负相关,与T,tgel和CEtOAc呈正相关。最终确定在T=25℃,CNH3=5 mL,tgel=24 h,CEtOAc=1.32 mL条件下,可制备出比表面积和孔容量高,介孔有序度好,颗粒较均一的介孔二氧化硅,增强传质和扩散用于气体吸附。（2）有机功能化介孔二氧化硅吸附正丁醛性能研究。结合上述研究结果,采用共缩合法探索了SCA作为硅源前驱体对MSN的形貌结构及表面性能的影响。在此基础上,定向设计了氨基化介孔二氧化硅用于吸附低浓度正丁醛,实现了对介孔二氧化硅官能团种类和数量的精确控制,并且避免了嫁接法导致的孔道堵塞。结果表明,在空速为180,000 mL·g-1·h-1时,氮（N）含量为6.35 mol.%的MSN仍能够维持比表面积和孔容量在910.75 m2·g-1和0.86 mL·g-1,且保持完全吸附5 ppm的正丁醛的状态约1200 min,吸附容量为62.92 mg正丁醛/g吸附剂。相比于空白样品,效果得到显着提高（吸附时间200 min,吸附容量9.72 mg正丁醛/g吸附剂）。（3）研究了不同金属离子和不同阴离子对金属掺杂介孔二氧化硅分子筛（Me-MSN）的形貌和介孔结构的影响及其吸附正丁醛的性能。研究发现,金属离子会影响胶束的长径比来影响颗粒的形貌,形成棒状或者球形,同时金属离子会改变硅源前驱体的凝胶-溶胶过程改变颗粒表面粗糙度以及孔径大小。阴离子对材料的影响不明显。通过正丁醛吸附实验可知,不同金属元素掺杂样品对吸附气体具有一定的选择性,在空速180,000 mL·g-1·h-1下,1Fe-N-MSN在干态下吸附正丁醛的效果最好,可维持100%吸附精度500 mim。1Ni-N-MSN吸附正丁醛的抗湿性能最好,相比于其它吸附剂,可维持80%以上吸附精度约1800 min,是其它样品的20～50倍。确定了吸附正丁醛的吸附位点为Me-O-Si结构。通过原位漫反射分析发现,水分子与Ni-O-Si中的Ni3+形成络合离子后仍保持可吸附正丁醛的性能。（4）验证了Me-O-Si结构作为恶臭气体的吸附位点具有选择性和抗湿性。通过调整模板剂为廉价的PEG 2000并调节反应pH值为酸性,得到了比表面积在550 m2·g-1以上,有丰富的非封闭式孔道结构的铜掺杂介孔氧化硅。分析发现,存在于二氧化硅中的CuO纳米颗粒和铜化合物（Si-O-Cu）在CH3SH去除中均起重要作用。由此推测,水分子使CuO纳米粒子表面上的铜原子和Si-O-Cu基团中的铜原子变成水合络合物,这对于捕获具有空Cu-3d轨道的CH3SH更有效。与介孔二氧化硅界面结合的Cu元素更倾向于形成类似于[Cu（H20）62+]的络合态——这是与甲硫醇发生吸附的主要位点,而CuO颗粒在水分子作用下,倾向于形成类似于[Cu（H20）42+]的络合态或难以形成络合离子而弱化了 Cu元素与巯基的螯合作用。Cu（Ⅱ）分布在二氧化硅介孔壁上形成高效的吸附位点（化学吸附）,在水分子作用下,吸附穿透时间进一步延长,表明制备的吸附材料的性能大大提高。此外,高温再生吸附剂的性能不会衰减,展现了极好的循环稳定性和热稳定性。最终,改进的制备方法,降低了材料成本、提高了抗湿性能和重复利用性能,并将材料制备从mg级别提高到几十克级别。

朱园园^[5]（2019）在《丁辛醇工艺重组分副产物裂解反应研究》文中指出丁醇和辛醇是重要的化工原料,目前多采用丙烯羰基合成工艺进行生产。在该工艺中会副产一部分组成复杂且难以处理的丁辛醇残液,特别是其中的重组分,长期得不到合理利用,导致环境污染和生产成本增加。因此,本文以丁辛醇残液中的重组分为原料,重点研究了其裂解反应过程,以期能提高丁辛醇工艺重组分副产物的利用率。首先,利用GC-MS技术对丁辛醇工艺重组分副产物的组成进行了分析,发现其中不仅含有多种缩醇醛和环状缩醛,还包括较多的酯类和醇类等含氧化合物。据此推测,丁辛醇工艺中可能发生的副反应有酯化反应、季先科反应、卡尼查罗反应、酮化反应以及醛类之间的深度缩合反应等。通过分析确定了重组分副产物中含量较高的两个关键组分分别为2,4-二乙基-5-羟基-2-辛烯醛（C12）和2-乙基己酸-2-乙基己酯（C16）。推测C12物质的生成可能是由于正丁醛发生深度缩合（三聚）后仅脱除了离羰基较近的碳原子上的羟基,而C16物质可能是由2-乙基己醛发生季先科反应生成,或者是由2-乙基己酸和2-乙基己醇发生酯化反应而来。其次,在高压反应釜中考察了丁辛醇工艺重组分副产物的热裂解反应,得到了适宜反应条件:水油比（W/O）=2:1,反应时间3h,反应温度270℃。在该条件下,原料中两个主要组分2,4-二乙基-5-羟基-2-辛烯醛（C12）和2-乙基己酸-2-乙基己酯（C16）的转化率分别为95.9%和26.6%,产物中辛烯醛的含量由热裂解原料中的0.1%增加到22.1%,C4和C8物质中有效组分的总含量能达到45.1%。采用GC-MS技术对热裂解反应产液进行分析,推测了反应体系中主要组分的生成路径。但是,热裂解存在严重的结焦问题。在考察了结焦与热裂解反应温度的关系后,确定了催化裂解反应的适宜温度范围,即≤230℃。最后,在高压反应釜中考察了分子筛和金属氧化物对丁辛醇重组分副产物裂解反应的催化性能,发现TiO2的催化活性和选择性最佳。因此,考察了TiO2催化裂解适宜反应条件,即催化剂用量为5wt.%,反应温度为220℃,反应时间为1 h。此时,C12物质的转化率达89.5%,产物中辛烯醛的含量达33.6%。但是,TiO2催化剂在重复使用第2次时由于表面积碳出现了活性下降现象。通过负载金属Ni只能延缓但并不能彻底抑制其活性下降的趋势。

岳莹雪,王玉琦,闫芬芬,李娜,李柏良,霍贵成^[6]（2019）在《丁酸的生产方法及在肠道中的生理功能研究进展》文中研究说明丁酸是人类结肠盲肠上皮细胞重要的能量来源,在维持肠道内环境稳定和预防结直肠癌发生等方面发挥重要的作用。丁酸还有抑制肿瘤细胞增殖分化、增强机体免疫性能及预防结肠炎的功能。丁酸不仅是一种重要的合成香料以及其他精细化工产品的原料,而且广泛应用于食品、制药中。除化学方法生产丁酸外,利用微生物发酵生产丁酸这种环保的生物生产方法也受到了广泛的关注。本文主要综述了丁酸的化学和生物合成方法,以及丁酸在肠道微生态及肠黏膜、肠炎、肠癌、肠道免疫方面的生理功能,为进一步研究丁酸发挥生理功能的机制及其在食品、药品中的应用提供理论参考。

张亚南^[7]（2018）在《调控胞内NADH/NAD+对酪丁酸梭菌丁酸生物合成的影响》文中认为丁酸是一种市场容量巨大的基础化学品和精细化工品,广泛应用于食品、化学和医药领域。NADH作为酪丁酸梭菌（Clostrdium tyrobutyricum ATCC 25755）代谢网络中的一种关键辅因子,对其形式与浓度的调节可以实现代谢流最大化、快速化地流向目标代谢产物丁酸。本论文通过基因工程手段调节酪丁酸梭菌胞内NADH与NAD+的比率,从而提高发酵产物中丁酸的浓度和选择性,降低生物丁酸的生产成本。在C.tyrobutyricum ATCC 25755野生菌中,我们通过以下代谢工程策略:1)过表达丁酸合成途径中的甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPA）,提高胞内还原当量NADH的供给;2)过表达NADH依赖的丁酰辅酶A脱氢酶（BCD1）来加快丁酸合成支路上还原力NADH的消耗;3)共表达甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPA）与酰辅酶A脱氢酶（BCD1）,成功获得了C.tyrobutyricum ATCC 25755/gap A、25755/bcd1和25755/gap A+bcd1三株工程菌,并且通过RT-PCR以及SDS-PAGE实验证实了甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因（gap A）和丁酰辅酶A脱氢酶基因（bcd1）在酪丁酸梭菌中的成功表达,并且表达量相比于对照组明显提高。通过摇瓶与批次发酵结果以及胞内NADH/NAD+比率的测定表明,单独过表达或共表达甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因（gap A）或（和）丁酰辅酶A脱氢酶基因（bcd1）可以强化胞内的NADH和NAD+的消耗和再生,实现胞内NADH/NAD+的调控,全面提高丁酸的终浓度、得率和选择性。与高浓度葡萄糖批次丁酸发酵相比,分批补料发酵虽然导致丁酸的生产速率降低,但是可以有效延长发酵时间,使得重组菌株可以实现乙酸的重吸收和丁酸的积累。发酵结束时,三株工程菌副产物乙酸的含量均有大幅度的降低,其中ATCC 25755/gap A+bcd1表现最为优异,与对照相比,乙酸含量降低56.28%,导致丁酸/乙酸的比率提高154.09%,此外,丁酸的产量也得到提高,丁酸终浓度达到了59.53 g/L,相比于出发菌株提高了11.16%。采用纤维床固定化补料发酵模式可以进一步提高酪丁酸梭菌的丁酸产量、生产速率和得率。其中,工程菌25755/gap A+bcd1的发酵性能提升最为显着,丁酸的产量、生产速率和得率分别达到了63.75 g/L、0.85 g/L·h和0.36 g/g,相比于游离细胞分批补料发酵提高了7.1%、34.9%和12.5%。此外,与对照相比,副产物乙酸的含量由9.14 g/L降至5.25 g/L,丁酸/乙酸的比率提高97.88%。在C.tyrobutyricum ATCC 25755中,通过过表达与辅因子NADH合成和代谢相关酶,包括甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPA）和丁酰辅酶A脱氢酶（BCD1）,实现了胞内NADH与NAD+比率的调控和丁酸合成的强化;通过对发酵模式的选择,实现了乙酸的重吸收和丁酸的高效合成,全面提升了丁酸的发酵水平,提高了生物丁酸的经济性。综上所述,酪丁酸梭菌丁酸的代谢网络与辅因子调控网络之间存在着密切的联系,因此利用辅因子工程控制其代谢流流向和通量分配是一种有效的代谢工程手段。

唐万^[8]（2018）在《酪丁酸梭菌代谢机理及其应用的探索研究》文中提出丁酸及其衍生物是一类重要的化工原料,在化工、食品、医药、能源、饲料等领域均有广泛应用。丁酸的合成方法主要有化学合成法和微生物发酵法。目前工业上主要通过化学法合成生产丁酸,由于化学合成法存在环境污染等问题,加上人们对绿色安全生物基产品的偏向和喜爱,通过微生物发酵产丁酸的代谢研究逐渐受到人们的重视。本课题基于基因比对分析和代谢流分析技术,对酪丁酸梭菌（Clostridium tyrobutyricum）产丁酸的代谢机制进行研究,并对酪丁酸梭菌制备丁酸的新方法及其在饲料方面的应用进行了探索。首先,利用基因比对和代谢流分析技术,对酪丁酸梭菌产丁酸的代谢机制进行研究。对Clostridium tyrobutyricum ZJU 8235（pta-）基因组测序,与Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755序列比对发现:C.tro ZJU 8235菌株乙酸合成途径上关键基因序列并未发生改变,基因变异位点亦不在丁酸合成途径关键酶基因（ptb,bk）上,说明pta基因可能并未敲除;采用13C同位素代谢物标记技术,探究不同pH条件下C.tro ZJU 8235与C.tro ATCC 25755菌株发酵产丁酸代谢流分配情况。结果表明,葡萄糖为碳源进行发酵时主要是通过EMP途径形成丙酮酸,在一定范围内,pH的增加能促进EMP代谢途径活跃性,提高NADH的含量,能促进碳通量流入丁酸代谢途径,进而促进丁酸的生成。相比于野生菌C.tro ATCC 25755,C.tro ZJU 8235丁酸产量有显着性提高（p<0.05）,但pta基因的敲除对中心碳代谢中丁酸和乙酸的生成并没有显着性影响（p>0.1）,这表明乙酸和丁酸的生成有一定联系,但这种联系不完全依赖于中心碳代谢,这种关联可能与相关代谢中的辅助因子补偿有关。其次,利用化学共沉淀和油酸修饰法制备磁性纳米颗粒,并将其应用于酪丁酸梭菌的固定化,借以实现生物丁酸的制备。以固定化率、产物浓度和细胞相对活力等为综合指标,对固定化条件进行考查,最佳固定化条件为:细胞/磁流体（干重）质量比为0.72 g/g,固定化温度和时间分别是35oC和30 min。随后借助固定化细胞进行重复批次发酵,丁酸的平均浓度和得率分别达到11.02 g/L和0.43g/g。同游离细胞（丁酸产量:9.20 g/L,丁酸得率:0.41 g/g）相比,固定化细胞发酵具有更高的丁酸产量和得率。最后,对酪丁酸梭菌微生态制剂的制备工艺进行了探索研究。首先借助喷雾干燥仪对菌剂制备工艺参数（初始菌液浓度、进风温度、进样速率）和保护剂浓度（脱脂奶粉、麦芽糊精）进行单因素优化,获得最佳喷干条件为:初始菌体浓度24 g/L（DCW）、进风温度110oC、进样速率240 mL/h、脱脂奶粉7%、麦芽糊精6%,此时酪丁酸梭菌微胶囊中活菌数为7.52×108 CFU/g。随后进行了预混料和片剂的制备工艺初探,为该制剂进一步应用于饲料工业中奠定了基础。

胡玲玉^[9]（2018）在《三种特殊氨基酸的制备研究》文中提出D-脯氨酸、L-氮杂环丁烷-2-羧酸及L-叔亮氨酸是三种特殊的、非蛋白质类的氨基酸,已经被广泛应用于医药、食品、农药及动物饲养等领域,光学纯的该三类氨基酸还可作为手性试剂或催化剂应用于不对称合成。一般蛋白质类氨基酸可通过发酵法或蛋白质水解法获得,而此三种特殊氨基酸却难以从自然界中大量获取,因此其价格相对比较昂贵。本文首先研究了氨基酸的消旋化特性,并通过消旋化获得DL-氨基酸;然后在消旋的基础上探究了 L-脯氨酸的不对称转换特性,以高光学纯度及高产率制备得到了 D-脯氨酸;接着利用化学法合成外消旋氮杂环丁烷-2-羧酸和叔亮氨酸,在此基础上通过手性试剂拆分得到光学纯的L-氮杂环丁烷-2-羧酸及L-叔亮氨酸,不仅操作简便,收率较高,而且适用于大规模的工业化生产;最后对外消旋氨基酸的酶拆分技术进行了初步的探索。最终得出以下结论:（1）L-脯氨酸和L-叔亮氨酸消旋反应的最优条件:L-脯氨酸采用醋酸作溶剂,正丁醛/正庚醛/糠醛作催化剂,反应温度为95℃;而L-叔亮氨酸用甲酸作溶剂,水杨醛作催化剂,反应温度亦为95℃。L-脯氨酸消旋化得到DL-脯氨酸的收率为93.5%;L-叔亮氨酸消旋化得到DL-叔亮氨酸的收率为91.5%。旋光性氨基酸在有机酸介质中的消旋化工艺,条件温和、易于控制操作、氨基酸无分解现象、收率较高,适用于大多数氨基酸的消旋化。（2）不对称转换法制备D-脯氨酸,最终确定了以L-脯氨酸为原料,丙酸作溶剂,正庚醛作催化剂,D-酒石酸作拆分剂的最适转换条件。此条件下制备产率高,化学及光学纯度也高,工艺稳定,可重复性强,并且能够放大至百克级。（3）确立了 L-氮杂环丁烷-2-羧酸的制备路线,在综合多条路线的基础上,通过对工艺的优化研究,最终取得突破性进展,并且成功将工艺放大至百克级。（4）确立了 L-叔亮氨酸的制备路线,利用手性试剂拆分化学合成的外消旋叔亮氨酸,不仅得到了 L-叔亮氨酸,还同时创造性的得到了D-叔亮氨酸,此法操作简便、产品质量高,是一种有工业化潜力的方法。（5）合成了三种酶拆分底物:N-乙酰-DL-脯氨酸,N-乙酰-DL-氮杂环丁烷-2-羧酸以及N-乙酰-DL-叔亮氨酸,收率分别为77.7%,89.5%,89.9%。初步地探究发现:天然的氨基酰化酶活力相对较低,酶拆分尚未得到较好的结果,在今后使用的过程中需要提高酶的活力,并做进一步的研究。

杨长安,谢晶辉,詹金金,段艳玲,曾琪,华杰^[10]（2015）在《正丁醇氧化制备正丁酸的新工艺》文中提出以TS分子筛为催化剂,H2O2为氧化剂,催化氧化正丁醇制备正丁酸.研究反应温度、反应时间、投料方式、H2O2与正丁醇的物料比等对反应转化率和选择性的影响;并通过正交实验法对反应条件进行优化,探索最佳反应条件.最佳合成工艺条件:W（TS）/n（正丁醇）=6.1 g/mol,n（正丁醇）:n（H2O2,30%）=1:3,反应温度90℃,反应时间12h;正丁醇的转化率可达到100%,选择性在99.5%以上.该合成工艺具有高效、清洁、低成本等特点,并且催化剂易于回收利用,具有广阔的应用和市场前景.

二、正丁醛氧化制高纯度正丁酸的工艺研究（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、正丁醛氧化制高纯度正丁酸的工艺研究（论文提纲范文）

（1）酪丁酸梭菌发酵海带水解液产丁酸和丁醇的研究（论文提纲范文）

（2）双金属氧化物催化剂上环己酮B-V氧化制备ε-己内酯工艺研究（论文提纲范文）

（3）羧酸的盐析和糖析萃取及耦合发酵研究（论文提纲范文）

（4）功能性介孔二氧化硅制备及其吸附低浓度恶臭气体性能研究（论文提纲范文）

（5）丁辛醇工艺重组分副产物裂解反应研究（论文提纲范文）

（6）丁酸的生产方法及在肠道中的生理功能研究进展（论文提纲范文）

（7）调控胞内NADH/NAD+对酪丁酸梭菌丁酸生物合成的影响（论文提纲范文）

（8）酪丁酸梭菌代谢机理及其应用的探索研究（论文提纲范文）

（9）三种特殊氨基酸的制备研究（论文提纲范文）

（10）正丁醇氧化制备正丁酸的新工艺（论文提纲范文）

四、正丁醛氧化制高纯度正丁酸的工艺研究（论文参考文献）

• [1]酪丁酸梭菌发酵海带水解液产丁酸和丁醇的研究[D]. 胡佳磊. 华南理工大学, 2020(02)
• [2]双金属氧化物催化剂上环己酮B-V氧化制备ε-己内酯工艺研究[D]. 王媛媛. 浙江大学, 2020(02)
• [3]羧酸的盐析和糖析萃取及耦合发酵研究[D]. 鄢凌. 大连理工大学, 2019(06)
• [4]功能性介孔二氧化硅制备及其吸附低浓度恶臭气体性能研究[D]. 彭胜攀. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2019(08)
• [5]丁辛醇工艺重组分副产物裂解反应研究[D]. 朱园园. 河北工业大学, 2019
• [6]丁酸的生产方法及在肠道中的生理功能研究进展[J]. 岳莹雪,王玉琦,闫芬芬,李娜,李柏良,霍贵成. 食品工业科技, 2019(15)
• [7]调控胞内NADH/NAD+对酪丁酸梭菌丁酸生物合成的影响[D]. 张亚南. 华南理工大学, 2018(02)
• [8]酪丁酸梭菌代谢机理及其应用的探索研究[D]. 唐万. 浙江工业大学, 2018(07)
• [9]三种特殊氨基酸的制备研究[D]. 胡玲玉. 华东理工大学, 2018(01)
• [10]正丁醇氧化制备正丁酸的新工艺[J]. 杨长安,谢晶辉,詹金金,段艳玲,曾琪,华杰. 湖南理工学院学报(自然科学版), 2015(04)