摘 要：2，3-丁二醇是一种被广泛应用于诸多领域的有机物，具有极大的潜力。由于考虑到能源的安全以及对环境的无危害，用生物法来制备2，3-丁二醇是最理想的方法。将化学法与生物法相比，化学法的成本高、过程复杂操作难的特点就会凸显出来。因此为了提高克雷伯氏菌发酵产2，3-丁二醇，我们探究了影响克雷伯氏菌发酵产2，3-丁二醇的因素。本文综述了温度、pH、溶氧量和接种量对克雷伯氏菌发酵产2，3-丁二醇的影响。为2，3-丁二醇的工业化生产提供一定的理论依据。

关键词：克雷伯氏菌ZH-1；2，3-丁二醇；影响因素

在化工、食品以及燃料等多个领域中，我们都能看到2，3-丁二醇的影子。石油通过裂解可产生四碳类碳氢化合物，该化合物在高温、高压下水解可得到2，3-丁二醇，以上生成2，3丁二醇的这种方法称为化学法[1]。该方法与生物法相比，有很多劣势。首先是成本高，其次是該资源为不可再生，最后是过程烦琐，操作难。所以大规模的工业化生产一直没能实现，2，3-丁二醇的用途也没能得到很好地开发和利用[2]。2，3-丁二醇通过生物法制备既不会对环境产生污染也能够应对以上化学法所面临的困难，实现可再生资源的利用，从而缓解不可再生资源的使用压力[3]。细菌类是发酵生产2，3-丁二醇的微生物的重要组成，包括克雷伯氏菌属、芽孢杆菌和肠杆菌属等[4]。多粘芽孢杆菌和肺炎克雷伯氏菌是最具有工业化潜力的。而肺炎克雷伯氏菌以其广泛的底物利用能力、较高的生产效率以及副产物少更是优于前者。本文以影响克雷伯氏菌发酵产2，3-丁二醇的因素为中心进行概述。

一、温度

克雷伯氏菌受到温度的极大影响。发酵过程中底物的反应速率和氧的溶解度都会受到温度的影响。我们知道温度会影响酶的活性，酶又会影响化学反应中的反应速率，因此温度就这样影响了克雷伯氏菌的繁殖速度，进而对克雷伯氏菌的代谢和其代谢产物的生成也受到一定的影响。克雷伯氏菌的繁殖与其代谢产物的产生与最适温度的选择有着极大的关系，菌体的种类及生长阶段的不同，所需的最适温度也不同。因此克雷伯氏菌的繁殖需要一个最适的温度，使其代谢产物2，3-丁二醇的产量呈上升趋势。

二、2pH

在细菌的代谢过程中，pH充当着协调的桥梁作用，特别是在发酵过程中，pH对其的影响更为显著以致有大量副产物的产生。副产物会在2，3-丁二醇的发酵阶段产生，如琥珀酸、乙醇、乳酸等。产生2，3-丁二醇和副产物所需酶的最适pH不同，因此pH在影响细菌繁殖的同时也作用于细菌的代谢过程，有机酸在pH>7的情况下会生成，此时2，3-丁二醇的产量会随着产生变化；pH<7，有机酸的产量下降，产物主要以2，3-丁二醇为主，pH的选择与菌株的种类以及底物有关，因此有必要考虑其对克雷伯氏菌以及2，3-丁二醇的作用。

三、溶氧量

克雷伯氏菌微好氧时的典型代谢产物即为2，3-丁二醇，溶氧量影响着克雷伯氏菌产2，3-丁二醇的量，溶氧量越多产量越高，但溶氧量太高，产量也会相应的降低，其原因是2，3-丁二醇的发酵过程分两个阶段：菌体的生长阶段和产物的生成阶段[5]，二者是非偶联的，在菌体的对数生长期尤其重要，足够的溶氧量有利于菌体的繁殖，溶氧量太少，抑制了菌体的呼吸作用，影响了菌体的繁殖速度。因此溶氧量会影响菌体的繁殖速度，当菌体繁殖达到最大值时，代谢产生2，3-丁二醇这一过程所需溶氧量较少，一旦超过代谢副产物就会增加，致使菌体量和代谢产物2，3-丁二醇下降。

溶氧量可以通过摇床的转速以及发酵培养基的装液量来确定。摇床转速越快，溶氧量越多；发酵培养基的装液量越少，溶氧量也越多。

四、接种量

接入的种子液与待接的发酵培养基的体积百分比代表着接种量。接种量的多少与克雷伯氏菌到达延迟期的时间长短有关，同时与2，3-丁二醇的产量的多少也有关。延迟期到达的时间晚的话，说明接种量少，此时发酵周期也会相应的缩短，2，3-丁二醇产量也相应的减少，缩短菌体繁殖到达对数期的时间可以通过增加接种量实现，从而使得菌能够更早地产生2，3-丁二醇，然而接入的种子液多，菌长的速度太快，培养基浓度过高，造成菌种缺氧，产物的合成也会相应的受到影响。因为不同的微生物种类产生的不同生理特性，所需的接种量也有区别。就微生物而言，接种量的多少既与自身有关，培养基中微生物所处的生长时期也起着重要作用[6]。因此接种量的多少对克雷伯氏菌发酵产2，3-丁二醇影响也是极大的。

五、结语

随着可再生能源需求的不断强化以及环境问题的日益严重，生物炼制技术越来越不可估量，被考虑到众多国家的发展战略之中。因2，3-丁二醇本身的特性及其广泛的应用领域，生物炼制制备2，3-丁二醇有着光明的发展前景。今后的研究重点也将聚焦在提高2，3-丁二醇产量的影响因素上，为2，3-丁二醇的工业化生产打下牢固的根基。

参考文献：

[1]赵世敏.微生物发酵法生产2，3-丁二醇[D].江南大学，2008.

[2]生物质发酵生产2，3-丁二醇的研究[D].大连工业大学，2011.

[3]马成伟，杜彤，孙亚琴等.生物转化法生产2，3-BD[J].精细与专用化学品，2006，14（15）：15-18.

[4]郭学武.肺炎克雷伯氏菌产2，3-丁二醇的代谢调控研究[D].天津大学，2014.

[5]纪晓俊，朱建国，高振等.微生物发酵法生产2，3-丁二醇的研究进[J].现代化工，2006，26（8）：23-27.

[6]Garg SK，Jain A.Fermentative production of 2，3-butanediol：a review[J].Bioresource Technology，1995，51（3）：103-109.

作者简介：李丽，山西师范大学。