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发酵-膜分离耦合强化二氧化碳转化合成丁二酸新工艺
中国科学院过程工程研究所 曹伟锋 / 时间:2018-08-20 13:37:27

  据膜科学与工程微信公众平台2018年8月20日讯 丁二酸(Succinic acid)是一种重要的“C4平台化合物”,广泛应用于食品、医药、农业领域,可作为合成1,4-丁二醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮及可降解生物高分子材料聚丁二酸丁二醇酯等的原料,具有广阔的应用前景。生物合成1摩尔丁二酸将固定1摩尔的二氧化碳,因此以二氧化碳为原料发酵生产丁二酸不仅可以降低原料成本,还能减少温室气体排放。
  目前,丁二酸生物合成过程主要采用碳酸镁作为中和剂,反应过程中有大量未利用的二氧化碳释放至大气中,同时丁二酸提取过程中积累大量硫酸钙(提取过程中硫酸中和碳酸镁,加钙脱除硫酸根),这将加剧丁二酸生物合成对环境的压力。针对此技术难题,中国科学院过程工程研究所万印华研究员团队通过在密闭反应体系和温和压力(0.4bar)下实现二氧化碳自循环,并采用氢氧化钠作为中和剂,能有效提高二氧化碳的转化率,但合成的高浓度丁二酸盐会抑制细胞的生长并降低丁二酸的生产强度。针对此问题,该团队将超滤膜技术引入丁二酸生物合成过程以构建膜生物反应器,原位移除高浓度的丁二酸盐,使丁二酸生产强度及二氧化碳固定效率提高39.2%。同时,利用纳滤膜技术对超滤透过液进行浓缩,以回收其中的氮源并对丁二酸进行初步纯化,结果表明纳滤膜对超滤透过液中总氮及色素脱除率分别达到80.6%和95.4%,这将有利于后续丁二酸的提取,并且纳滤截留液可作为营养成份返回至发酵体系,替代部分发酵原料。


发酵-膜分离耦合强化二氧化碳转化合成丁二酸新工艺


  该研究表明,将超滤-纳滤膜集成技术引入丁二酸的生物合成过程,将有助于提高丁二酸的生产强度和二氧化碳的转化率,降低生产成本和环保压力。该研究得到国家自然科学基金(21406240)和北京自然科学基金(5182025)的支撑,相关研究结果发表在Bioresource Technology, 266 (2018) 26-33。

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