1,3-丙二醇是重要的化工和醫(yī)藥中間體原料,，是新型聚酯——聚對(duì)苯二甲酸丙二酯（PTT）的單體。與聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）,、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBT）和尼龍等相比,，PTT具有染色性好、耐磨性強(qiáng),、低吸水性,、低靜電等優(yōu)點(diǎn)，可在地毯,、紡織,、工程塑料等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。1,3-丙二醇(PDO)的生產(chǎn)方法有化學(xué)法和微生物發(fā)酵法兩種,，微生物發(fā)酵法工藝與化學(xué)法相比條件溫和,、操作簡便、副產(chǎn)物少,、無環(huán)境污染,，已成為各國研究的焦點(diǎn)。下面介紹美國杜邦DuPont公司和Genercor公司,、德國,、法國和我國微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1，3-丙二醇專利技術(shù)：
一,、美國DuPont公司的微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,，3-丙二醇專利技術(shù)
在生物方法生產(chǎn)PDO領(lǐng)域，DuPont公司的進(jìn)展最為顯著。據(jù)介紹,，該公司在2000年開始了基于轉(zhuǎn)基因工程菌,、由葡萄糖生產(chǎn)PDO的中試，并計(jì)劃于2006年3月建成一套能力為50 kt/a 生產(chǎn)裝置,。
美國納幕爾杜邦公司的生物法生產(chǎn)1,3-丙二醇的技術(shù)路線主要分為五大類：(1)轉(zhuǎn)脫水酶等基因單一工程菌,；（2）酵母與細(xì)菌混合發(fā)酵；（3）利用酵母與細(xì)菌二步發(fā)酵法,；(4)轉(zhuǎn)甘油—3—磷酸脫氫酶,、甘油—3—磷酸酶基因的單一工程菌；（5）磷酸烯醇式丙酮酸-葡萄糖-磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)等內(nèi)源基因的調(diào)控和ptsH基因的干擾的單一工程菌,。其中發(fā)酵單位最高的是轉(zhuǎn)活性脫水酶,、脫水酶再活化因子等基因的工程菌，具體介紹如下：
（一）利用活性脫水酶
1.轉(zhuǎn)活性脫水酶基因工程菌
利用轉(zhuǎn)活性甘油脫水酶或二醇脫水酶基因的工程菌,，以單糖,、寡聚糖、多糖,、甘油,、二羥基丙酮、乙醇,、1,，2-丙二醇、1,，2-丁二醇和2,，3-丁二醇為碳源，經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn),。
若以甘油為碳源,，利用轉(zhuǎn)活性脫水酶基因工程菌直接發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇,；若以單糖葡萄糖為碳源,，微生物的培養(yǎng)分為兩個(gè)過程，先讓其增殖,，再誘導(dǎo)其合成1,，3-丙二醇。
相關(guān)專利：WO9635795,、US5633362,、WO9635796、CN1189854
2.轉(zhuǎn)活性脫水酶和1,，3-丙二醇氧化還原酶的基因工程菌
利用轉(zhuǎn)活性脫水酶和1,，3-丙二醇氧化還原酶的基因工程菌,，以甘油、二羥基丙酮,、單糖、多糖為碳源,，發(fā)酵生產(chǎn)1,，3-丙二醇，優(yōu)選碳源為葡萄糖,。
相關(guān)專利：US5686276,、CN1500877、US6025184
3.轉(zhuǎn)活性脫水酶和乙醇脫氫酶基因的工程菌
利用轉(zhuǎn)活性脫水酶和乙醇脫氫酶基因的工程菌,，以乙二醇,，1，2-丙二醇,、甘油,、2，3-丁醇為碳源,，發(fā)酵生產(chǎn)1,，3-丙二醇，優(yōu)選碳源為甘油,。
相關(guān)專利：US5821092
4.轉(zhuǎn)甘油-3-磷酸脫氫酶,、甘油-3-磷酸酶、活性脫水酶和1,，3-丙二醇氧化還原酶的基因的工程菌
將含有(a)編碼甘油-3-磷酸脫氫酶活性的基因,；(b)編碼甘油-3-磷酸酶活性的基因；(c)編碼脫水酶活性的基因：(d)編碼1,，3．丙二醇氧化還原酶活性的基因轉(zhuǎn)化盒轉(zhuǎn)化合適宿主生物體,，以單糖、寡糖,、多糖或一碳底物為碳源,，生產(chǎn)1,3-丙二醇，以提高產(chǎn)量,，優(yōu)選碳源葡萄糖,。
相關(guān)專利：WO9821339、CN1244217,、US6013494
5.轉(zhuǎn)活性脫水酶,、氧化還原酶、維生素B12受體前體蛋白,、維生素B12轉(zhuǎn)運(yùn)ATP一或GTP一結(jié)合蛋白基因的工程菌
利用內(nèi)含有至少一個(gè)拷貝編碼一種具有脫水酶活性的蛋白的基因,，(b)至少一個(gè)拷貝的編碼一種具有氧化還原酶活性的蛋白的基因,，(c)至少一個(gè)拷貝編碼一種維生素B12受體前體蛋白，(d)至少一個(gè)拷貝編碼一種維生素B12轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)通透酶蛋白的基因,，(e)至少一個(gè)拷貝編碼一種維生素B12轉(zhuǎn)運(yùn)ATP一或GTP一結(jié)合蛋白的基因宿主細(xì)胞,，生產(chǎn)1，3-丙二醇,，以盡可能發(fā)揮脫水酶功能,。發(fā)酵的碳源為單糖、寡糖,、多糖,、單碳底物、甘油,、二羥基丙酮和含碳胺類,，優(yōu)選葡萄糖和甘油，發(fā)酵的培養(yǎng)基中需添加維生素B12,。
相關(guān)專利：WO9958686,、CN1300321、US6432686
6.轉(zhuǎn)活性脫水酶,、脫水酶再活化因子等基因的工程菌
（1）利用轉(zhuǎn)活性脫水酶,、脫水酶再活化因子、將3-羥基丙醛轉(zhuǎn)化為1,，3-丙二醇的非專一性催化活性,、活性甘油3-磷酸脫氫酶、活性甘油-3-磷酸酶外源基因,，且不存在有功能的編碼1,，3-丙二醇氧化還原酶活性的dhaT基因的工程菌，以單糖,、寡糖,、多糖和單碳化合物為碳源，發(fā)酵生產(chǎn)1,，3-丙二醇,。
（2）利用轉(zhuǎn)活性脫水酶、脫水酶再活化因子,、將3-羥基丙醛轉(zhuǎn)化為1,，3-丙二醇的非專一性催化活性酶外源基因，且不存在有功能的編碼1,，3-丙二醇氧化還原酶活性的dhaT基因的工程菌,，以甘油和二羥丙酮為碳源，發(fā)酵生產(chǎn)1,，3-丙二醇,。
（3）利用轉(zhuǎn)活性脫水酶,、活性甘油-3-磷酸脫氫酶、活性甘油-3-磷酸酶,、脫水酶再活化因子基因,，且含有將3-羥基丙醛轉(zhuǎn)化為1，3-丙二醇的非專一性催化活性的內(nèi)源基因,，不存在有功能的編碼1,，3-丙二醇氧化還原酶活性的dhaT基因重組大腸桿菌。
（4）利用轉(zhuǎn)活性甘油-3-磷酸脫氫酶多肽,、活性甘油-3-磷酸酶多肽、dhaR,、orfY,、orfX、orfW,、dhaB1,、dhaB2、dhaB3和orfZ的基因,，且內(nèi)含有將3-羥基丙醛轉(zhuǎn)化為1,，3-丙二醇的非專一性催化活性的內(nèi)源基因，不存在有功能的編碼1,，3-丙二醇氧化還原酶活性的dhaT基因重組大腸桿菌,，以單糖、寡糖,、多糖,、單碳化合物、甘油和二羥丙酮為碳源,，發(fā)酵生產(chǎn)1,，3-丙二醇。
根據(jù)以上的方法可以構(gòu)建出各種具體的基因工程菌,，以下列舉一二：
例1：大腸桿菌KLP23/PAH48/PDT29,、KLP23/PAH48/PKP32 (dhaT基因缺失)
基因工程菌說明：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-磷酸脫氫酶
發(fā)酵條件：15升攪拌式發(fā)酵罐,，溫度35℃，pH 6.8,，空氣流速6-12標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘（最低）,，攪拌速度350-690rpm(最低)，溶氧
10%,，葡萄糖60%-70%,。從接種后3小時(shí)開始維生素B12（0.07克/升）,，添加速度16毫升/小時(shí)。
大腸桿菌KLP23/PpAH48/pDT29,，經(jīng)過38小時(shí)的發(fā)酵,，生產(chǎn)1，3-丙二醇的效價(jià)為68克/升,。
發(fā)酵期間以2倍濃度添加維生素B12,，或集中添加維生素B12，發(fā)酵的效價(jià)為77克/升,。
大腸桿菌KLP23/PpAH48/pKp32
發(fā)酵36小時(shí)后,，凈化發(fā)酵液，添加葡萄糖,，經(jīng)過48小時(shí)的發(fā)酵,，效價(jià)112克/升。
發(fā)酵期間以1/2濃度添加維生素B12,，或集中添加維生素B12,，發(fā)酵的效價(jià)為114克/升。
例2：大腸桿菌RJ8/PAH48/PDT29,、RJ8/PAH48/PKP32 (dhaT基因缺失)
基因工程菌說明：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-磷酸脫氫酶
發(fā)酵條件：空氣流速5-62標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘（最低）,，攪拌速度300-690rpm(最低),，其他同例7。
大腸桿菌RJ8/PAH48/PDT29,，43小時(shí),，發(fā)酵的效價(jià)為50.1克/升
大腸桿菌RJ8/PAH48/PKP32，74小時(shí),，發(fā)酵的效價(jià)為129克/升
相關(guān)專利：WO0112833,、CN1379818、US6514733
（二）將產(chǎn)甘油的微生物與產(chǎn)二醇的微生物混合培養(yǎng)
一步混合培養(yǎng)S.cerevisiae和K.pneumoniae,，以單糖,、寡聚糖或多糖為底物，生產(chǎn)1,，3-丙二醇,。
在S.cerevisiae 1.5×108 cells/mL(酵母);K.pneumoniae
3×107cells/mL（克雷伯菌），厭氧發(fā)酵,，2升的發(fā)酵罐,，溫度30℃的條件下，以不同的糖作為碳源,，一步混合培養(yǎng)大規(guī)模的批式（Batch,、Fed-batch）發(fā)酵生產(chǎn)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
相關(guān)專利：WO9635799,、US5599689
（三）利用酵母菌S.cerevisiae和細(xì)菌K.pneumoniae兩步法發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇
第一步,，利用酵母菌S.cerevisiae將葡萄糖轉(zhuǎn)化為甘油,；第二步，利用細(xì)菌K.pneumoniae將甘油轉(zhuǎn)化為1,，3-丙二醇,。
不同的菌株組合兩步法發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇的得率：
第一步第二步y(tǒng)ieldcyieldd
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克碳水化合物產(chǎn)生的1,，3-丙二醇的克數(shù)
d:丙二醇碳的摩爾數(shù)/消耗碳水化合物的碳摩爾數(shù)
相關(guān)專利：WO9635799,、US5599689
（四）轉(zhuǎn)甘油—3—磷酸脫氫酶或（和）甘油—3—磷酸酶基因的工程菌
利用轉(zhuǎn)甘油—3—磷酸脫氫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細(xì)胞，宿主的細(xì)胞有內(nèi)源編碼脫水酶活性蛋白的基因,，且編碼具有甘油激酶活性的多肽的內(nèi)源性基因和或編具有甘油脫氫酶活性的多肽的內(nèi)源性基因已經(jīng)被破壞,，阻止活性基因產(chǎn)物的表達(dá)。利用上述細(xì)胞生產(chǎn)1,，3-丙二醇所需的碳源為：單糖,、寡糖,、多糖和一碳底物,，優(yōu)選葡萄糖。
相關(guān)專利：WO9928480,、CN1284132
（五）內(nèi)源基因的干擾與調(diào)控技術(shù)
利用大腸桿菌,，其的內(nèi)源的(1)磷酸烯醇式丙酮酸-葡萄糖-磷酸轉(zhuǎn)移酶的系統(tǒng)受到干擾，阻止活性PEP-葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)蛋白的表達(dá),；(2)內(nèi)源編碼活性半乳糖子同向轉(zhuǎn)運(yùn)子的galP基因上調(diào),；(3)編碼活性葡萄糖激酶的glk基因上調(diào);(4)編碼編碼甘油醛3-磷酸脫氫酶的gapA基因下調(diào)。
除此外,，內(nèi)源的ptsH基因受到干擾,，阻止活性磷酸載體蛋白的表達(dá)；內(nèi)源ptsl基因干擾,，阻止磷酸烯醇式丙酮酸蛋白磷酸轉(zhuǎn)移酶等,。
上述的大腸桿菌還可以含有甘油-3-磷酸脫氫酶，甘油-3-磷酸酶,，脫水酶和脫水酶再活化因子,。發(fā)酵的底物單糖、寡糖,、多糖和一碳化合物為碳源,。
盡管羅列了最終的發(fā)酵單位（以葡萄糖為碳源），但沒有具體說明發(fā)酵時(shí)間,。
相關(guān)專利：US2004152174,，WO200433646
