1.丙酸发酵的简介

丙酸(Propionicacid ,C₃H₆O₂)是饲料、医药、食品工业等的重要原料。丙酸及其盐如丙酸钙、丙酸锌、丙酸钾能有效地抑制霉菌、嗜氧芽孢杆菌,而且对人体基本无害,广泛应用在谷物、饲料和食品中,是良好的防腐保鲜剂^[1-2]。

丙酸的生产方法有化学合成法和发酵法,化学合成法是以石油化工产品为原料,经过加温加压催化剂等合成,微生物发酵法是丙酸菌在常温常压下利用农副产品等代谢产生丙酸,目前工业生产方法主要是化学合成法。在当前全世界面临环境污染、能源短缺的情况下,用微生物发酵法来大规模生产丙酸是一条值得探索的新途径^[3]。

丙酸发酵生产菌株主要是丙酸杆菌。我国中科院微生物研究所乐华爱1990年报道^[4]，用从沼气发酵液中分离出的北京丙酸杆菌(P．Beijingense)可发酵丙酸。其次有1979年Eur J Appl等发现的瘤胃细菌和Dong Jong等人1994年发现的Zygacacharomyces rouxi真菌。日本的谷口正之1996年报道可利用双歧杆菌和丙酸菌混合发酵，Palph Wtyree edgar 等人报道可利用乳酸菌作中间体和丙酸菌进行混合发酵^[5]。优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键。Gu zhong等人选育出了五株抗细胞自溶性强的菌株；北京化工大学陈劲春等人采用厌氧技术从鲜牛奶等样品中分离丙酸杆菌，并建议筛选出以天然纤维素或天然木质素为碳源的丙酸菌，将转化大量农作物秸杆与生产人类所需的产品结合起来，从而一举两得^[6]。

自1923年以来，微生物发酵生产丙酸的专利很多，其代谢途径一般认为主要是经EMP途径和Wood- Werkman途径^[7]。

以葡萄糖为底物的化学反应式为：

3C₆H₁₂0₆ → 4CH₃CH₂COOH 2CH₃COOH 2CO₂ 2H₂O

2.微生物利用甘油作为碳源的介绍

近年来，能源紧缺问题日趋严峻，国际油价一路攀升，促使世界各国积极研发可再生的替代能源，而生物柴油作为一种极有发展前景的生物能源，其规模化生产受到了学术界和产业界的关注^[8]。然而，每生产9吨生物柴油就有1吨的甘油粗产品生成，再加上传统的甘油（天然甘油、发酵甘油、合成甘油）产量，导致甘油的市场保有量将远远大于需求量据估计，仅2010年甘油市场就已超过了1.2百万吨，对生物柴油生产过程中产生的低价粗甘油的有效综合利用已成为生物柴油产业一个严峻又关键的问题 而通过甘油转化而来的产品，如丙二醇 烯丙醛环氧氯丙烷和丙酸等都有着较大的市场需求量，同时，又能降低一些化工产品对石化原料的依赖 因此对这些高附加值产品进行市场分析就具有了极其重要的意义^[9]。

且甘油做为碳源有丰富的优点：1、甘油由于还原电位很高因而成为生产还原性化学产品（诸如H₂、乙醇和丙酸）比较诱人的底物。2、目前迅速升温的生物柴油投资热使生产过程中副产的甘油出现过剩，而开发如何利用甘油的研发新技术已经悄然在全球兴起；3、甘油转化为丙酸的理论转化率最高，为80.43%，远高于葡萄糖的54.81%；4、以甘油做碳源时，几乎没有副产物乙酸生成，这对于丙酸后期的分离纯化是十分有利的^[10]。