1,3-丙二醇是重要的化工和医药中间体原料，是新型聚酯——聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）的单体。与聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）和尼龙等相比，PTT具有染色性好、耐磨性强、低吸水性、低静电等优点，可在地毯、纺织、工程塑料等领域中广泛应用。1,3-丙二醇(PDO)的生产方法有化学法和微生物发酵法两种，微生物发酵法工艺与化学法相比条件温和、操作简便、副产物少、无环境污染，已成为各国研究的焦点。下面介绍美国杜邦DuPont公司和Genercor公司、德国、法国和我国微生物发酵法生产1，3-丙二醇专利技术：
一、美国DuPont公司的微生物发酵法生产1，3-丙二醇专利技术
在生物方法生产PDO领域，DuPont公司的进展最为显著。据介绍，该公司在2000年开始了基于转基因工程菌、由葡萄糖生产PDO的中试，并计划于2006年3月建成一套能力为50 kt/a 生产装置。
美国纳幕尔杜邦公司的生物法生产1,3-丙二醇的技术路线主要分为五大类：(1)转脱水酶等基因单一工程菌；（2）酵母与细菌混合发酵；（3）利用酵母与细菌二步发酵法；(4)转甘油—3—磷酸脱氢酶、甘油—3—磷酸酶基因的单一工程菌；（5）磷酸烯醇式丙酮酸-葡萄糖-磷酸转移酶系统等内源基因的调控和ptsH基因的干扰的单一工程菌。其中发酵单位最高的是转活性脱水酶、脱水酶再活化因子等基因的工程菌，具体介绍如下：
（一）利用活性脱水酶
1.转活性脱水酶基因工程菌
利用转活性甘油脱水酶或二醇脱水酶基因的工程菌，以单糖、寡聚糖、多糖、甘油、二羟基丙酮、乙醇、1，2-丙二醇、1，2-丁二醇和2，3-丁二醇为碳源，经过发酵生产。
若以甘油为碳源，利用转活性脱水酶基因工程菌直接发酵生产1，3-丙二醇；若以单糖葡萄糖为碳源，微生物的培养分为两个过程，先让其增殖，再诱导其合成1，3-丙二醇。
相关专利：WO9635795、US5633362、WO9635796、CN1189854
2.转活性脱水酶和1，3-丙二醇氧化还原酶的基因工程菌
利用转活性脱水酶和1，3-丙二醇氧化还原酶的基因工程菌，以甘油、二羟基丙酮、单糖、多糖为碳源，发酵生产1，3-丙二醇，优选碳源为葡萄糖。
相关专利：US5686276、CN1500877、US6025184
3.转活性脱水酶和乙醇脱氢酶基因的工程菌
利用转活性脱水酶和乙醇脱氢酶基因的工程菌，以乙二醇，1，2-丙二醇、甘油、2，3-丁醇为碳源，发酵生产1，3-丙二醇，优选碳源为甘油。
相关专利：US5821092
4.转甘油-3-磷酸脱氢酶、甘油-3-磷酸酶、活性脱水酶和1，3-丙二醇氧化还原酶的基因的工程菌
将含有(a)编码甘油-3-磷酸脱氢酶活性的基因；(b)编码甘油-3-磷酸酶活性的基因；(c)编码脱水酶活性的基因：(d)编码1，3．丙二醇氧化还原酶活性的基因转化盒转化合适宿主生物体，以单糖、寡糖、多糖或一碳底物为碳源，生产1,3-丙二醇，以提高产量，优选碳源葡萄糖。
相关专利：WO9821339、CN1244217、US6013494
5.转活性脱水酶、氧化还原酶、维生素B12受体前体蛋白、维生素B12转运ATP一或GTP一结合蛋白基因的工程菌
利用内含有至少一个拷贝编码一种具有脱水酶活性的蛋白的基因，(b)至少一个拷贝的编码一种具有氧化还原酶活性的蛋白的基因，(c)至少一个拷贝编码一种维生素B12受体前体蛋白，(d)至少一个拷贝编码一种维生素B12转运系统通透酶蛋白的基因，(e)至少一个拷贝编码一种维生素B12转运ATP一或GTP一结合蛋白的基因宿主细胞，生产1，3-丙二醇，以尽可能发挥脱水酶功能。发酵的碳源为单糖、寡糖、多糖、单碳底物、甘油、二羟基丙酮和含碳胺类，优选葡萄糖和甘油，发酵的培养基中需添加维生素B12。
相关专利：WO9958686、CN1300321、US6432686
6.转活性脱水酶、脱水酶再活化因子等基因的工程菌
（1）利用转活性脱水酶、脱水酶再活化因子、将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性、活性甘油3-磷酸脱氢酶、活性甘油-3-磷酸酶外源基因，且不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因的工程菌，以单糖、寡糖、多糖和单碳化合物为碳源，发酵生产1，3-丙二醇。
（2）利用转活性脱水酶、脱水酶再活化因子、将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性酶外源基因，且不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因的工程菌，以甘油和二羟丙酮为碳源，发酵生产1，3-丙二醇。
（3）利用转活性脱水酶、活性甘油-3-磷酸脱氢酶、活性甘油-3-磷酸酶、脱水酶再活化因子基因，且含有将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性的内源基因，不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因重组大肠杆菌。
（4）利用转活性甘油-3-磷酸脱氢酶多肽、活性甘油-3-磷酸酶多肽、dhaR、orfY、orfX、orfW、dhaB1、dhaB2、dhaB3和orfZ的基因，且内含有将3-羟基丙醛转化为1，3-丙二醇的非专一性催化活性的内源基因，不存在有功能的编码1，3-丙二醇氧化还原酶活性的dhaT基因重组大肠杆菌，以单糖、寡糖、多糖、单碳化合物、甘油和二羟丙酮为碳源，发酵生产1，3-丙二醇。
根据以上的方法可以构建出各种具体的基因工程菌，以下列举一二：
例1：大肠杆菌KLP23/PAH48/PDT29、KLP23/PAH48/PKP32 (dhaT基因缺失)
基因工程菌说明：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-磷酸脱氢酶
发酵条件：15升搅拌式发酵罐，温度35℃，pH 6.8，空气流速6-12标准升/分钟（最低），搅拌速度350-690rpm(最低)，溶氧
10%，葡萄糖60%-70%。从接种后3小时开始维生素B12（0.07克/升），添加速度16毫升/小时。
大肠杆菌KLP23/PpAH48/pDT29，经过38小时的发酵，生产1，3-丙二醇的效价为68克/升。
发酵期间以2倍浓度添加维生素B12，或集中添加维生素B12，发酵的效价为77克/升。
大肠杆菌KLP23/PpAH48/pKp32
发酵36小时后，净化发酵液，添加葡萄糖，经过48小时的发酵，效价112克/升。
发酵期间以1/2浓度添加维生素B12，或集中添加维生素B12，发酵的效价为114克/升。
例2：大肠杆菌RJ8/PAH48/PDT29、RJ8/PAH48/PKP32 (dhaT基因缺失)
基因工程菌说明：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-磷酸脱氢酶
发酵条件：空气流速5-62标准升/分钟（最低），搅拌速度300-690rpm(最低)，其他同例7。
大肠杆菌RJ8/PAH48/PDT29，43小时，发酵的效价为50.1克/升
大肠杆菌RJ8/PAH48/PKP32，74小时，发酵的效价为129克/升
相关专利：WO0112833、CN1379818、US6514733
（二）将产甘油的微生物与产二醇的微生物混合培养
一步混合培养S.cerevisiae和K.pneumoniae，以单糖、寡聚糖或多糖为底物，生产1，3-丙二醇。
在S.cerevisiae 1.5×108 cells/mL(酵母);K.pneumoniae 3×107cells/mL（克雷伯菌），厌氧发酵，2升的发酵罐，温度30℃的条件下，以不同的糖作为碳源，一步混合培养大规模的批式（Batch、Fed-batch）发酵生产的得率：
| type | medium | cells |
Carbohydrate
(g/L)
|
1,3-propanediol
(g/L)
|
Yield
(carbon)
|
| Batch | F/S | fresh | 18 | 1.75 | 11.57 |
| Batch | F | fresh | 18 | 0.872 | 5.76 |
| Batch | F | recycled | 18 | 1.23 | 8.13 |
| Fed-batch | G | recycled | 45.3 | 2.27 | 5.96 |
| Fed-batch | G/S | recycled | 45.4 | 3.4 | 8.9 |
| Fed-batch | G/S | recycled | 92.6 | 4.78 | 6.14 |
| Fed-batch | S/S | fresh | 34.2 | 3.75 | 13.3 |
| Batch | S/S | fresh | 17 | 1.28 | 8.4 |
相关专利：WO9635799、US5599689
（三）利用酵母菌S.cerevisiae和细菌K.pneumoniae两步法发酵生产1，3-丙二醇
第一步，利用酵母菌S.cerevisiae将葡萄糖转化为甘油；第二步，利用细菌K.pneumoniae将甘油转化为1，3-丙二醇。
不同的菌株组合两步法发酵生产1，3-丙二醇的得率：
| 第一步 | 第二步 | yieldc | yieldd |
|
Aerobic,46hr,30℃
S.cerevisiae ATCC4132
|
Aerobic,22hr,30℃
K.pneumoniae ATCC25955
|
3.0 | 3.6 |
|
Aerobic,38hr,30℃
S.cerevisiae ATCC64236
|
Aerobic,23hr,30℃
K.pneumoniae ATCC25955
|
4.12 | 4.9 |
|
Aerobic,46hr
S.cerevisiae ATCC64236
|
Aerobic,22hr
K.pneumoniae ATCC25955
|
1.88 | 2.24 |
|
Aerobic,38hr
S.cerevisiae ATCC64236
|
Aerobic,23hr
K.pneumoniae ATCC25955
|
4.17 | 4.9 |
|
Aerobic,46hr
S.cerevisiae ATCC4132
|
Aerobic,32hr
K.pneumoniae ATCC25955
|
6.74 | 8.0 |
|
Aerobic,38hr
S.cerevisiae ATCC4132
|
Aerobic,32hr
K.pneumoniae ATCC25955
|
3.1 | 3.7 |
c:消耗100克碳水化合物产生的1，3-丙二醇的克数
d:丙二醇碳的摩尔数/消耗碳水化合物的碳摩尔数
相关专利：WO9635799、US5599689
（四）转甘油—3—磷酸脱氢酶或（和）甘油—3—磷酸酶基因的工程菌
利用转甘油—3—磷酸脱氢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细胞，宿主的细胞有内源编码脱水酶活性蛋白的基因，且编码具有甘油激酶活性的多肽的内源性基因和或编具有甘油脱氢酶活性的多肽的内源性基因已经被破坏，阻止活性基因产物的表达。利用上述细胞生产1，3-丙二醇所需的碳源为：单糖、寡糖、多糖和一碳底物，优选葡萄糖。
相关专利：WO9928480、CN1284132
（五）内源基因的干扰与调控技术
利用大肠杆菌，其的内源的(1)磷酸烯醇式丙酮酸-葡萄糖-磷酸转移酶的系统受到干扰，阻止活性PEP-葡萄糖磷酸转移酶系统蛋白的表达；(2)内源编码活性半乳糖子同向转运子的galP基因上调；(3)编码活性葡萄糖激酶的glk基因上调;(4)编码编码甘油醛3-磷酸脱氢酶的gapA基因下调。
除此外，内源的ptsH基因受到干扰，阻止活性磷酸载体蛋白的表达；内源ptsl基因干扰，阻止磷酸烯醇式丙酮酸蛋白磷酸转移酶等。
上述的大肠杆菌还可以含有甘油-3-磷酸脱氢酶，甘油-3-磷酸酶，脱水酶和脱水酶再活化因子。发酵的底物单糖、寡糖、多糖和一碳化合物为碳源。
尽管罗列了最终的发酵单位（以葡萄糖为碳源），但没有具体说明发酵时间。
相关专利：US2004152174，WO200433646
二、美国DuPont公司从发酵液中分离纯化1，3-丙二醇专利技术
美国DuPont公司申请的专利中，涉及从发酵液中分离纯化1，3-丙二醇技术主要分为五类：（1）提取-蒸馏-色谱分离法（2）过滤-离子交换-蒸馏法；（3）碱化-蒸馏-过滤-结晶法；（4）沸石吸附和解吸附；（5）从生物发酵系统中动态收取1，3-丙二醇技术。具体如下：
1.通过有机溶剂提取、蒸馏和色谱分离，从发酵液中分离纯化1，3-丙二醇
相关专利：US5599689
2.通过过滤、离子交换、蒸馏和化学还原等过程从发酵液中分离纯化1，3-丙二醇
相关专利：WO2004101479，US20050069997
3.通过碱化、蒸发、蒸馏（减压蒸馏）、过滤或离心、提取或结晶和过滤，获得1，3-丙二醇
相关专利：US6361983
4.通过沸石吸附和解吸附，从生物混合物（发酵液）中分离1，3-丙二醇
相关专利：WO0125178，CN1377333，US6603048
5.使用生物催化剂分离装置、除水装置，层析装置等，从生物发酵系统中动态收取1，3-丙二醇
相关专利：WO200286135，CN1503846，US6812000
三、Genercor公司生物法生产1，3-丙二醇专利技术
Genercor公司是DuPont公司生物法合成技术的的合作伙伴，其生物法生产1，3-丙二醇的技术路线有三条：（1）利用蛋白质X、甘油-3-磷酸酶；（2）利用突变1，3－丙二醇脱氢酶基因；（3）利用嗜热的微生物和热稳定酶。此外，该公司的专利还涉及了利用淀粉、纤维素和麦芽糊精生产1，3-丙二醇的方法。具体如下：
1.利用蛋白质X、甘油-3-磷酸酶
利用含有编码活性甘油脱水酶或二醇脱水酶基因和一种编码蛋白质X的微生物，或利用含有编码活性甘油脱水酶或二醇脱水酶基因、一种编码甘油-3-磷酸酶基因和一种编码蛋白质X的基因的微生物，生产1，3-丙二醇。优选碳源是葡萄糖；优选微生物：大肠杆菌、酵母属、克雷伯菌。
相关专利：WO9821341，CN1239511,US6136576
2.利用突变1，3－丙二醇脱氢酶基因
以含有突变1，3－丙二醇脱氢酶基因（米氏常数是普通的3倍）、一种脱水酶基因的大肠杆菌或酵母属菌或雷伯氏菌，以葡萄糖为碳源生产1，3－丙二醇。
相关专利：WO200070057，CN1352688，US6558933
3.利用嗜热的微生物和热稳定酶
利用嗜热的微生物Caloramator viterbiensis ATCC PTA-584或利用源自嗜热微生物的热稳定的脱水酶和热稳定的1，3-丙二醇氧化还原酶，以甘油为碳源，生产1，3－丙二醇。
相关专利：WO200121825，CN1382219，US6803218
4.以纤维素、麦芽糊精和淀粉为原料
相关专利：WO03066816，US20030203454
四、德国微生物发酵法生产1，3-丙二醇专利技术
德国拥有生物法生产1，3-丙二醇专利技术的机构主要有HUELS CHEMISCHE WERKE AG，Biotechnolog forschung gmbh(德国生物工程研究中心、GBF)和Henkel kgaa(德国汉高公司)，主题是通过优化发酵用的培养基和发酵工艺过程，提高1，3-丙二醇的产量，具体如下：
1．HUELS CHEMISCHE WERKE AG
以甘油为底物，通过微生物发酵生产1，3-丙二醇，得率为60%。使用细菌 Klebsiella pneumoniae，培养基 DSM 4270和钴盐，可进一步提高发酵得率。
相关专利：DE3734764
2．Biotechnolog forschung gmbh（德国生物工程研究中心、GBF）
GBF和德国汉高公司（Henkel kgaa）开发了利用甘油生产1，3-丙二醇技术。采用梭菌属（Clostridium），肠细菌（Enterobacterium），乳酸菌（Lactobacillus），杆状菌（Bacillus），柠檬酸杆菌（Citrobacter），气杆菌（Aerobacter）或克雷伯氏菌（Klebsiella），将甘油转化为1，3-丙二醇。在厌氧条件下，以甘油为唯一碳源，浓度为5%-20%的条件下，转化效率为0.5g/h.L。
相关专利：DE3829618，DE3924423，US5254467
德国生物工程研究中心（GBF）还开发了一种微生物发酵生产1，3-丙二醇的培养基，该培养基内含有有机硫化合物。利用上述培养基（基本培养基为Evans medium）发酵生产1，3-丙二醇，以克雷白氏肺炎菌(Klebsiella pneumoniae)作为发酵菌株，1，3-丙二醇最高浓度为83.5g/L；以梭菌（Clostridium butyricum）作为发酵菌株（基本培养基为Homann medium），1，3-丙二醇最高浓度为86.6 g/L。
相关专利：WO03104471，EP1369488
五、法国微生物发酵法生产1，3-丙二醇专利技术
法国拥有生物法生产1，3-丙二醇专利技术的机构主要有Agronomique inst nat rech、Roquette freres和INST NAT SCIENCES APPLIQ，主题为：发酵工艺控制、利用转活性不依赖辅酶B12或其前提的甘油脱水酶基因的工程菌生产1，3-丙二醇和发酵后的1，3-丙二醇的分离纯化，具体如下：
1．Agronomique inst nat rech
(1)利用野生的细菌，通过厌氧发酵，将甘油转化为1，3-丙二醇。
相关专利：WO9325696
(2)利用转编码一种活性不依赖辅酶B12或其前提的甘油脱水酶基因、1，3-丙二醇脱氢酶基因、甘油-3-磷酸脱氢酶基因和甘油-3-磷酸酶基因的基因工程菌（细菌、真菌、酵母），将葡萄糖或甘油转化为1，3-丙二醇。
相关专利：WO0104324,US20030175916(专利申请人还包括INST NAT SCIENCES APPLIQ)
2．Roquette freres
(1)发酵工艺控制
在有氧（50%）和没有机械搅拌的条件下，在泡罩塔发酵罐中，利用产1，3-丙二醇的微生物，将葡萄糖转化为1，3-丙二醇。发酵基质内微生物的浓度为1011cfu/ml，通过控制防沫剂的用量来刺激泡沫的产生。
相关专利：US6406895
(2)发酵后的处理
从发酵基质中分离纯化1，3-丙二醇的过程，包括先将发酵菌株从发酵基质中分离出来，获得澄清的溶液，后经过活性碳吸附、强阳离子和阴离子交换，获得1，3-丙二醇。
相关专利：US642899
六、我国生物法合成1,3-丙二醇的专利技术
我国就生物法合成1,3-丙二醇的技术提出专利申请的机构有三家：大连理工学院，清华大学和东南大学，涉及的主题大多利用野生菌株，通过优化发酵工艺，提高产量。其中，走的相对较远的是清华大学和大连理工大学。
清华大学
清华大学应用化学研究所以葡萄糖或粗淀粉（如木薯粉）为原料，采用双菌种两步发酵法生产1,3- 丙二醇。该技术路线已在5000L发酵罐中生产，并通过中试。研究人员针对1,3-丙二醇发酵过程中副产较大量的有机酸（盐）的特点，在国际上率先将电渗析脱盐技术引入1,3-丙二醇提取工艺，并通过絮凝、浓缩和精馏等工序，制得的产品纯度达到99.92%，收率达80%以上。
清华大学化工系承担的国家"十五"科技攻关项目-生物发酵法制1,3-丙二醇（PDO）中试技术已开发成功，并在此基础上与黑龙江辰能生物工程有限公司共同规划2万吨/年1,3-PDO项目，一期工程2500吨/年的1,3-PDO生产装置正在设计中。
清华大学有关生物法生产1，3-丙二醇的专利共有9项，工艺路线有两条：两段(好氧、厌氧)双底物（葡萄糖、甘油）集成发酵生产1，3-丙二醇；以甘油为碳源的两段(好氧、厌氧)发酵生产1，3-丙二醇。具体见下表：
| 专利公开号 | 法律状态 | 授权或公开日 | 主要技术内容 |
| CN1434122 | 授权 | 2005.6.15 | 两段(好氧、厌氧)双底物（葡萄糖、甘油）集成发酵生产1，3-丙二醇 |
| CN1446919 | 授权 | 2004.12.29 | 在厌氧发酵培养基内加入维生素C或维生素E还原剂，提高1，3-丙二醇产量 |
| CN1522997 | 授权 | 2005.3.2 | 1，3-丙二醇发酵液的电渗析脱盐 |
| CN1570123 | 公开 | 2005.1.26 | 以甘油为碳源经两段(好氧、厌氧)发酵生产1，3-丙二醇 |
| CN1634823 | 公开 | 2005.7.6 | 利用精馏-复合絮凝-反应萃取-反应精馏，从发酵液中分离提取1，3-丙二醇 |
| CN1635122 | 公开 | 2005.7.6 | 通过调控厌氧发酵时的氧化还原电势，缩短发酵时间，提高发酵产量 |
| CN1696297 | 公开 | 2005.11.16 | 利用生物柴油的副产物甘油，经过有氧或厌氧发酵，生产1，3-丙二醇 |
| CN1686298 | 公开 | 2005.11.16 | 在厌氧或有氧发酵培养基内添加反丁烯二酸，提高1，3-丙二醇产量 |
| CN1710086 | 公开 | 2005.12.121 | 由粗淀粉生产1，3-丙二醇 |
大连理工大学
大连理工大学有关生物法生产1，3-丙二醇的专利共有4项，工艺路线有两条：甘油经过一步发酵生产1，3-丙二醇；葡萄糖和淀粉或纤维素等酶解产物经两步发酵法生产1，3-丙二醇。具体见下表：
| 专利公开号 | 法律状态 | 授权或公开日 | 主要技术内容 |
| CN1348007 | 授权 | 2005.6.1 | 在微氧条件下，利用克雷伯菌，将甘油转化为1，3-丙二醇 |
| CN1357628 | 授权 | 2004.9.8 | 以葡萄糖和淀粉或纤维素等酶解产物为碳源，经两步发酵法生产1，3-丙二醇 |
| CN1460671 | 授权 | 2005.5.23 | 通过浓缩-沉淀-精馏，从发酵液提取分离1，3-丙二醇。 |
| CN1648207 | 公开 | 2005.8.3 | 将脂肪酶催化甲醇或乙醇与油脂反应生成生物柴油和微生物转化甘油为1，3-丙二醇两个过程通过膜过滤偶联起来 |
