http://www.bioon.com 生 物 谷 网 站 1,3-丙二醇是重要的化工和医药
中间体原料，是新型聚酯——聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）的单体。与聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）和尼龙等相比，PTT具有染色性好、耐磨性强、低吸水性、低静电等优点，可在地毯、纺织、工程塑料等领域中广泛应用。1,3-丙二醇(PDO)的生产方法有化学法和微生物发酵法两种，微生物发酵法工艺与化学法相比条件温和、操作简便、副产物少、无环境污染，已成为各国研究的焦点。下面介绍美国杜邦DuPont公司和Genercor公司、德国、法国和我国微生物发酵法生产1，3-丙二醇专利技术：
一、美国DuPont公司的微生物发酵法生产1，3-丙二醇专利技术
在生物方法生产PDO领域，DuPont公司的进展最为显著。据介绍，该公司在2000年开始了基于转基因工程菌、由葡萄糖生产PDO的中试，并计划于2006年3月建成一套能力为50 kt/a 生产装置。
美国纳幕尔杜邦公司的生物法生产1,3-丙二醇的技术路线主要分为五大类：(1)转脱水酶等基因单一工程菌；（2）酵母与细菌混合发酵；（3）利用
酵母与细菌二步发酵法；(4)转甘油—3—磷酸脱氢酶、甘油—3—磷酸酶基因的单一工程菌；（5）磷酸烯醇式丙酮酸-葡萄糖-磷酸转移酶系统等内源基因的调控和ptsH基因的干扰的单一工程菌。其中发酵单位最高的是转活性脱水酶、脱水酶再活化因子等基因的工程菌，具体介绍如下：
（一）利用活性脱水酶
1.转活性脱水酶基因工程菌
利用转活性甘油脱水酶或二醇脱水酶基因的工程菌，以单糖、寡聚糖、多糖、甘油、二羟基丙酮、乙醇、1，2-丙二醇、1，2-丁二醇和2，3-丁二醇为碳源，经过发酵生产。
若以甘油为碳源，利用转活性脱水酶基因工程菌直接发酵生产1，3-丙二醇；若以单糖葡萄糖为碳源，微生物的培养分为两个过程，先让其增殖，再诱导其合成1，3-丙二醇。
相关专利：WO9635795、US5633362、WO9635796、CN1189854
2.转活性脱水酶和1，3-丙二醇氧化还原酶的基因工程菌
利用转活性脱水酶和1，3-丙二醇氧化还原酶的基因工程菌，以甘油、二羟基丙酮、单糖、多糖为碳源，发酵生产1，3-丙二醇，优选碳源为葡萄糖。
相关专利：US5686276、CN1500877、US6025184
3.转活性脱水酶和乙醇脱氢酶基因的工程菌
利用转活性脱水酶和乙醇脱氢酶基因的工程菌，以乙二醇，1，2-丙二醇、甘油、2，3-丁醇为碳源，发酵生产1，3-丙二醇，优选碳源为甘油。
相关专利：US5821092
4.转甘油-3-磷酸脱氢酶、甘油-3-磷酸酶、活性脱水酶和1，3-丙二醇氧化还原酶的基因的工程菌
将含有(a)编码甘油-3-磷酸脱氢酶活性的基因；(b)编码甘油-3-磷酸酶活性的基因；(c)编码脱水酶活性的基因：(d)编码1，3．丙二醇氧化还原酶活性的基因转化盒转化合适宿主生物体，以单糖、寡糖、多糖或一碳底物为碳源，生产1,3-丙二醇，以提高产量，优选碳源葡萄糖。
相关专利：WO9821339、CN1244217、US6013494
5.转活性脱水酶、氧化还原酶、维生素B12受体前体蛋白、维生素B12转运ATP一或GTP一结合蛋白基因的工程菌
利用内含有至少一个拷贝编码一种具有脱水酶活性的蛋白的基因，(b)至少一个拷贝的编码一种具有氧化还原酶活性的蛋白的基因，(c)至少一个拷贝编码一种维生素B12受体前体蛋白，(d)至少一个拷贝编码一种维生素B12转运系统通透酶蛋白的基因，(e)至少一个拷贝编码一种维生素B12转运ATP一或GTP一结合蛋白的基因宿主细胞，生产1，3-丙二醇，以尽可能发挥脱水酶功能。发酵的碳源为单糖、寡糖、多糖、单碳底物、甘油、二羟基丙酮和含碳胺类，优选葡萄糖和甘油，发酵的培养基中需添加维生素B12。
相关专利：WO9958686、CN1300321、US6432686
6.转活性脱水酶、脱水酶再活化因子等基因的工程菌
（1）利用转活性脱水酶、脱水酶再活化因子、将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性、活性甘油3-磷酸脱氢酶、活性甘油-3-磷酸酶外源基因，且不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因的工程菌，以单糖、寡糖、多糖和单碳化合物为碳源，发酵生产1，3-丙二醇。
（2）利用转活性脱水酶、脱水酶再活化因子、将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性酶外源基因，且不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因的工程菌，以甘油和二羟丙酮为碳源，发酵生产1，3-丙二醇。
（3）利用转活性脱水酶、活性甘油-3-磷酸脱氢酶、活性甘油-3-磷酸酶、脱水酶再活化因子基因，且含有将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性的内源基因，不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因重组大肠杆菌。
（4）利用转活性甘油-3-磷酸脱氢酶多肽、活性甘油-3-磷酸酶多肽、dhaR、orfY、orfX、orfW、dhaB1、dhaB2、dhaB3和orfZ的基因，且内含有将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性的内源基因，不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因重组大肠杆菌，以单糖、寡糖、多糖、单碳化合物、甘油和二羟丙酮为碳源，发酵生产1，3-丙二醇。
根据以上的方法可以构建出各种具体的基因工程菌，以下列举一二：
例1：大肠杆菌KLP23/PAH48/PDT29、KLP23/PAH48/PKP32 (dhaT基因缺失)
基因工程菌说明：PDT29含有dhaR,orfY,dhaT,orfX,orfW,dhaB1,dhaB2,dhaB3
pKP32 dhT 缺失，其他同PDT29
PAH48：甘油-3-磷酸酶，甘油-3-磷酸脱氢酶
发酵条件：15升搅拌式发酵罐，温度35℃，pH 6.8，空气流速6-12标准升/分钟（最低），搅拌速度350-690rpm(最低)，溶氧
10%，葡萄糖60%-70%。从接种后3小时开始维生素B12（0.07克/升），添加速度16毫升/小时。
大肠杆菌KLP23/PpAH48/pDT29，经过38小时的发酵，生产1，3-丙二醇的效价为68克/升。
发酵期间以2倍浓度添加维生素B12，或集中添加维生素B12，发酵的效价为77克/升。
大肠杆菌KLP23/PpAH48/pKp32
发酵36小时后，净化发酵液，添加葡萄糖，经过48小时的发酵，效价112克/升。
发酵期间以1/2浓度添加维生素B12，或集中添加维生素B12，发酵的效价为114克/升。
例2：大肠杆菌RJ8/PAH48/PDT29、RJ8/PAH48/PKP32 (dhaT基因缺失)
基因工程菌说明：PDT29含有dhaR,orfY,dhaT,orfX,orfW,dhaB1,dhaB2,dhaB3
pKP32 dhT 缺失，其他同PDT29
PAH48：甘油-3-磷酸酶，甘油-3-磷酸脱氢酶
发酵条件：空气流速5-62标准升/分钟（最低），搅拌速度300-690rpm(最低)，其他同例7。
大肠杆菌RJ8/PAH48/PDT29，43小时，发酵的效价为50.1克/升
大肠杆菌RJ8/PAH48/PKP32，74小时，发酵的效价为129克/升
相关专利：WO0112833、CN1379818、US6514733
（二）将产甘油的微生物与产二醇的微生物混合培养
一步混合培养S.cerevisiae和K.pneumoniae，以单糖、寡聚糖或多糖为底物，生产1，3-丙二醇。
在S.cerevisiae 1.5×108 cells/mL(
酵母);K.pneumoniae
3×107cells/mL（克雷伯菌），厌氧发酵，2升的发酵罐，温度30℃的条件下，以不同的糖作为碳源，一步混合培养大规模的批式（Batch、Fed-batch）发酵生产的得率：
typemediumcellsCarbohydrate
(g/L)1,3-propanediol
(g/L)Yield
(carbon)
BatchF/Sfresh181.7511.57
BatchFfresh180.8725.76
BatchFrecycled181.238.13
Fed-batchGrecycled45.32.275.96
Fed-batchG/Srecycled45.43.48.9
Fed-batchG/Srecycled92.64.786.14
Fed-batchS/Sfresh34.23.7513.3
BatchS/Sfresh171.288.4
相关专利：WO9635799、US5599689
（三）利用
酵母菌S.cerevisiae和细菌K.pneumoniae两步法发酵生产1，3-丙二醇
第一步，利用
酵母菌S.cerevisiae将葡萄糖转化为甘油；第二步，利用细菌K.pneumoniae将甘油转化为1，3-丙二醇。
不同的菌株组合两步法发酵生产1，3-丙二醇的得率：
第一步第二步yieldcyieldd
Aerobic,46hr,30℃
S.cerevisiae ATCC4132Aerobic,22hr,30℃
K.pneumoniae ATCC259553.03.6
Aerobic,38hr,30℃
S.cerevisiae ATCC64236Aerobic,23hr,30℃
K.pneumoniae ATCC259554.124.9
Aerobic,46hr
S.cerevisiae ATCC64236Aerobic,22hr
K.pneumoniae ATCC259551.882.24
Aerobic,38hr
S.cerevisiae ATCC64236Aerobic,23hr
K.pneumoniae ATCC259554.174.9
Aerobic,46hr
S.cerevisiae ATCC4132Aerobic,32hr
K.pneumoniae ATCC259556.748.0
Aerobic,38hr
S.cerevisiae ATCC4132Aerobic,32hr
K.pneumoniae ATCC259553.13.7
c:消耗100克碳水化合物产生的1，3-丙二醇的克数
d:丙二醇碳的摩尔数/消耗碳水化合物的碳摩尔数
相关专利：WO9635799、US5599689
（四）转甘油—3—磷酸脱氢酶或（和）甘油—3—磷酸酶基因的工程菌
利用转甘油—3—磷酸脱氢酶活性蛋白的基因和（或）甘油—3—磷酸酶活性蛋白的基因宿主细胞，宿主的细胞有内源编码脱水酶活性蛋白的基因，且编码具有甘油激酶活性的多肽的内源性基因和或编具有甘油脱氢酶活性的多肽的内源性基因已经被破坏，阻止活性基因产物的表达。利用上述细胞生产1，3-丙二醇所需的碳源为：单糖、寡糖、多糖和一碳底物，优选葡萄糖。
相关专利：WO9928480、CN1284132
（五）内源基因的干扰与调控技术
利用大肠杆菌，其的内源的(1)磷酸烯醇式丙酮酸-葡萄糖-磷酸转移酶的系统受到干扰，阻止活性PEP-葡萄糖磷酸转移酶系统蛋白的表达；(2)内源编码活性半乳糖子同向转运子的galP基因上调；(3)编码活性葡萄糖激酶的glk基因上调;(4)编码编码甘油醛3-磷酸脱氢酶的gapA基因下调。
除此外，内源的ptsH基因受到干扰，阻止活性磷酸载体蛋白的表达；内源ptsl基因干扰，阻止磷酸烯醇式丙酮酸蛋白磷酸转移酶等。
上述的大肠杆菌还可以含有甘油-3-磷酸脱氢酶，甘油-3-磷酸酶，脱水酶和脱水酶再活化因子。发酵的底物单糖、寡糖、多糖和一碳化合物为碳源。
尽管罗列了最终的发酵单位（以葡萄糖为碳源），但没有具体说明发酵时间。
相关专利：US2004152174，WO200433646
http://www.bioon.com 生物谷网站
