本发明涉及1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的制备，特别是涉及一种发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法。
背景技术：
1、1,3-丙二醇（1,3-pdo）作为一种化学性质活泼、无毒且粘性和吸湿性良好的液体，起可作为多种缩聚反应的单体，在医药、食品和化妆品等领域有广泛应用。3-羟基丙酸（3-hp），分子式为c3h6o3，是一种具有羟基和羧基的化合物，其可以作为原料用于生产涂料等装修材料、丙二酸、丙烯腈、1,3-丙二醇、丙烯酰胺等化合物。1,3-丙二醇和3-羟基丙酸均被美国能源部列为最具潜力的化工产品之一。
2、现有技术中，1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的合成方法包括化学法和生物发酵法。其中，化学法生产1,3-丙二醇包括环氧乙烷法核丙烯醛法，其制备过程中需要高温高压的苛刻条件及昂贵的催化剂；化学法生产3-羟基丙酸包括高温水合法、铂金催化法，存在成本高、产量低、主产物不易分离等缺点。而生物发酵法制备3-羟基丙酸和1,3-丙二醇相较于化学法生产周期短、成本低且所采用的原料为可再生资源。因此，研究一种生物发酵法同时制备1,3-丙二醇和3-羟基丙酸是很有必要的。
3、目前，用于发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸所采用的菌种包括克雷伯氏菌、罗伊氏乳杆菌等，其中，克雷伯氏菌尽管有优越的甘油代谢能力，且能以甘油为唯一碳源生长，但因其致病菌的属性，限制了其在生物医药、食品和化妆品领域的应用。罗伊氏乳杆菌可以同时产生3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的微生物，但其在发酵联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇过程中，会产生中间产物3-羟基丙醛（3-hpa），而3-hpa对整个催化体系的抑制，导致制得产物的产率低。具体的，罗伊氏乳杆菌催化甘油脱水生成3-hpa的速率是3-hpa分别氧化和还原成3-hp和1,3-pdo速率总和的近10倍，这就导致在发酵过程中，发酵体系中积累大量3-hpa，从而抑制了1,3-pdo和3-hp的产量。
4、为了解决发酵过程中积累的3-hpa，从而提高联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的产量，论文《罗伊氏乳杆菌联产3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的研究》（张宇飞，江苏大学，2021年）中，采用罗伊氏乳杆菌和基因工程改造的大肠杆菌进行混合用于发酵，但基因工程菌构建复杂，不利于大规模生产，同时还存在一定的生物安全性的问题。
5、因此，亟需一种发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，可以避免发酵过程中3-羟基丙醛的积累，从而提高1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的产量。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法。本发明在罗伊氏乳杆菌的基础上，加入酿酒酵母、布氏乳杆菌和鞘氨醇单胞菌作为发酵菌株，采用甘油、马蹄提取物等作为发酵底物，提高发酵过程中3-羟基丙醛的分别在对应酶作用下氧化和还原生成3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的速率，提高了发酵体系中3-羟基丙醛的消耗速率，降低了发酵体系中3-羟基丙醛的积累量，从而提高了最终产物1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的产量。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明提供了一种发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，包括以下步骤：
4、（1）将罗伊氏乳杆菌种子液、酿酒酵母种子液、布氏乳杆菌种子液和鞘氨醇单胞菌种子液混合后，得混合种子液；
5、（2）将混合种子液接种至发酵培养基中，经发酵，得3-羟基丙酸和1,3-丙二醇；
6、所述发酵培养基包括如下组分：40-70g/l甘油、8-12g/l葡萄糖、30-50mg/l马蹄提取物、5-7g/l酵母膏、0.1-0.3g/l(nh4)2so4、4-8g/l柠檬酸，ph7.0-7.2。
7、优选的，步骤（1）中，所述混合种子液中，罗伊氏乳杆菌种子液、酿酒酵母种子液、布氏乳杆菌种子液和鞘氨醇单胞菌种子液得体积比为10：（3-5）：（3-5）：（1-3）。
8、优选的，步骤（1）中，罗伊氏乳杆菌的菌株编号为accc 03960；酿酒酵母的菌株编号为accc 21401；布氏乳杆菌的菌株编号为accc 05430；鞘氨醇单胞菌的菌株编号为accc60057。
9、优选的，步骤（1）中，混合种子液中的总活菌数≥1.0×108cfu/ml。
10、优选的，步骤（2）中，混合种子液的接种量为发酵培养基体积的8-10%。
11、优选的，步骤（2）中，发酵过程中，发酵温度为30-37℃，发酵时间为12-24h。
12、优选的，所述马蹄提取物由如下方法制备而成：将马蹄粉末置于乙醇中浸泡，并于30-40℃下回流2-3h，抽滤得提取液，将提取液蒸干，即得马蹄提取物。
13、进一步优选的，所述乙醇的体积分数为75%，浸泡时间为2-4h。
14、本发明的有益效果：
15、本发明采用罗伊氏乳杆菌、酿酒酵母、布氏乳杆菌和鞘氨醇单胞菌复配作为发酵菌剂，可以提高发酵过程中3-羟基丙醛分别在对应酶作用下氧化和还原生成3-羟基丙酸和1,3-丙二醇的速率，从而减少发酵体系中3-羟基丙醛的积累，从而保证最终产物1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的产量，因此，本发明采用这四种菌复配使用在提高产物的产量方面具有协同增效作用。另外，本发明采用甘油和马蹄提取物作为发酵培养基的主要成分，马蹄提取物的加入也可提高3-羟基丙醛的消耗反应速率，一定程度上也能减少体系中3-羟基丙醛的积累，从而提高产物的产量。
1.一种发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，罗伊氏乳杆菌的菌株编号为accc 03960；酿酒酵母的菌株编号为accc 21401；布氏乳杆菌的菌株编号为accc 05430；鞘氨醇单胞菌的菌株编号为accc 60057。
3.如权利要求1所述的发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合种子液中，罗伊氏乳杆菌种子液、酿酒酵母种子液、布氏乳杆菌种子液和鞘氨醇单胞菌种子液的体积比为10：（3-5）：（3-5）：（1-3）。
4.如权利要求1所述的发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，步骤（1）中，混合种子液中的总活菌数≥1.0×108cfu/ml。
5.如权利要求1所述的发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，步骤（2）中，混合种子液的接种量为发酵培养基体积的8-10%。
6.如权利要求1所述的发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，步骤（2）中，发酵过程中，发酵温度为30-37℃，发酵时间为12-24h。
7.如权利要求1所述的发酵联产1,3-丙二醇和3-羟基丙酸的方法，其特征在于，马蹄提取物由如下方法制备而成：将马蹄粉末置于乙醇中浸泡，并于30-40℃下回流2-3h，抽滤得提取液，将提取液蒸干，即得马蹄提取物。
