蔣歡 馬江山 曾柏全 張良波 李培旺，3

（1.中南林業(yè)科技大學生命科學與技術學院，長沙 410004；2.木本油料資源利用國家重點實驗室，長沙 410004；3.湖南省林業(yè)科學院油脂分子構(gòu)效湖南省重點實驗室，長沙 410004）

隨著化石資源日趨枯竭，生物柴油作為潛在替代品備受青睞，然而在生物柴油生產(chǎn)過程中伴隨著大量副產(chǎn)物粗甘油的產(chǎn)生。平均每生產(chǎn)100 t生物柴油就產(chǎn)生10 t粗甘油。據(jù)統(tǒng)計，全球約有67%的粗甘油來源于生物柴油工業(yè)生產(chǎn)［1-2］。粗甘油中含有大量殘留的甲醇、鹽、催化劑、甲酯和游離脂肪酸等雜質(zhì)，在未經(jīng)預處理的情況下，其工業(yè)應用價值低［3］。隨著全球生物柴油工業(yè)的持續(xù)快速增長，粗甘油產(chǎn)量將進一步增加，預測至2025年全球粗甘油產(chǎn)量將達到600萬t［4］。粗甘油雜質(zhì)多、價格低、產(chǎn)量大，其再開發(fā)利用途徑主要分為三大類：第一，純化精制成純甘油，再進入傳統(tǒng)甘油市場［5-6］；第二，直接進入動物飼料市場或生物燃料市場［7-9］；第三，開發(fā)成高附加值化工產(chǎn)品，如1, 3-丙二醇（1,3-propanediol，1, 3-PDO）和環(huán)氧氯丙烷等［10-12］。粗甘油的前兩種利用途徑受經(jīng)濟效益、市場規(guī)模和附加值低等影響，導致大量粗甘油無法得到有效處理和應用而被廢棄。這不僅不利于生物柴油生產(chǎn)成本的降低，而且還可能成為一種新的環(huán)境污染源，從而阻礙生物柴油產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［8］。目前對粗甘油利用的研究熱點主要開發(fā)為高附加值化工產(chǎn)品1, 3-PDO［13-15］。

1 甘油發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO

2 1, 3-PDO的主要生產(chǎn)菌株、代謝途徑及關鍵酶

1, 3-PDO是一種重要的有機化工原料，廣泛用于高分子材料、食品、醫(yī)藥、化妝品和化工等領域。其中，以1, 3-PDO作為單體合成聚對苯二甲酸丙二醇酯聚酯纖維（PTT），因其具有良好的彈性、抗污性、著色性及生物可降解性等優(yōu)點備受關注［16-17］。隨著全球市場對1, 3-PDO需求的迅速增加，1, 3-PDO的市場價值也快速攀升［18］。廣闊的市場前景和巨大的商業(yè)價值使得如何實現(xiàn)低成本、高效、綠色環(huán)保生產(chǎn)1, 3-PDO成為當下研究熱點［19］。目前，1, 3-PDO工業(yè)生產(chǎn)主要有化學合成法和生物法兩種。傳統(tǒng)的化學合成法主要分為丙烯醛法和環(huán)氧乙烷法，均具有成本高、產(chǎn)率低、依賴不可再生原料等缺點［20］。與化學合成法相比，生物法反應條件更溫和、原材料來源廣泛，而且對環(huán)境污染小，符合綠色化工的要求，有望逐步取代化學合成法［21］。生物法主要以甘油為底物，采用相應的微生物發(fā)酵，通過歧化反應，將甘油轉(zhuǎn)化為1, 3-PDO。然而大部分的研究主要集中在以純甘油為底物來發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO。一般而言，微生物受粗甘油中大量雜質(zhì)的影響，其發(fā)酵過程中1, 3-PDO的產(chǎn)量、生產(chǎn)效率及生產(chǎn)強度等會明顯低于純甘油［22］。盡管可利用減壓蒸餾、離子交換、活性炭吸附以及其它化學方法對粗甘油進行純化，但成本昂貴。目前限制微生物生產(chǎn)1, 3-PDO工業(yè)化的主要原因之一是成本較高，而原料價格占整個成本的50%［12］。粗甘油價格低廉，通過開展能直接利用粗甘油發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO的微生物的篩選及耐受機制研究，將對降低1, 3-PDO生產(chǎn)成本和提升其經(jīng)濟效益具有重要的促進作用，這也是生物柴油下游產(chǎn)業(yè)的研究重點［23-24］。

自然界中能代謝甘油生產(chǎn)1, 3-PDO的微生物主要有腸桿菌屬的克雷伯氏肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）與產(chǎn)酸克雷伯氏菌（Klebsiella oxytoca）［25-26］；梭 菌 屬 的 巴 氏 梭 狀 芽 孢 桿 菌（Clostridia pasteuianum）、產(chǎn)氣夾膜梭狀芽孢桿菌（Clostridium perfringens）和丁酸梭狀芽孢桿菌（Clostridia butyricum）［27-29］；以及乳桿菌屬的雙科特迪瓦乳桿菌（Lactobacilli diolivorans）、羅伊氏乳酸桿菌（Lactobacillus reuteri）和短乳桿菌（Lactobacilli brevis）等［30-32］。其中，克雷伯氏肺炎桿菌、巴氏梭狀芽孢桿菌和丁酸梭狀芽孢桿菌等3種細菌能以甘油為唯一碳源發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO，其轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強度均高于其他菌，因此對這3種細菌生產(chǎn)1, 3-PDO的研究更為廣泛和深入［33］。

微生物代謝甘油途徑分為氧化和還原兩條分支：還原途徑生成1, 3-PDO，氧化途徑為菌體生長及還原途徑分別提供ATP和NADH（圖1）［34］。在還原途徑中，甘油經(jīng)甘油脫水酶（glycerol dehydratase，GDHt）的催化作用，脫去一分子水生成中間產(chǎn)物3-羥 基 丙 醛（3-hydroxypro-pionaldehyde，3-HPA），在NADH存在下，通過1, 3-PDO氧化還原酶（1,3-propanediol oxidoreductase，PDOR）催化3-HPA生成1, 3-PDO。在氧化途徑中，甘油首先被甘油脫氫酶（glycerol dehydrogenase，GDH）催化脫氫，生成2-羥基丙酮（DHA），該過程同時伴隨著NADH的生產(chǎn)；隨后通過2-羥基丙酮激酶（dihydroxyacetone kinase，DHAK）催化生成磷酸二羥丙酮（dihydroxyacetone phosphate，DHAP），DHAP進一步轉(zhuǎn)化成丙酮酸，并進入糖代謝途徑生成其他小分子醇和酸等代謝產(chǎn)物，同時釋放出ATP，為微生物生長提供能量［35］。氧化途徑與還原途徑通過NADH和NAD+相互轉(zhuǎn)換偶聯(lián)。微生物甘油代謝途徑中主要涉及甘油脫氫酶、甘油脫水酶和1, 3-PDO氧化還原酶等關鍵酶。甘油脫氫酶屬于NAD+依賴型酶，主要催化甘油生成DHA。不同來源的甘油脫氫酶結(jié)構(gòu)不同，主要分為四聚體、六聚體和八聚體等3種結(jié)構(gòu)［36］。甘油脫水酶是還原途徑中控制甘油分解和1, 3-PDO生成的限速酶，對1, 3-PDO的合成速率和產(chǎn)率起著至關重要的作用［37］。甘油脫水酶分為輔酶B12依賴性和非依賴性兩種，這兩種甘油脫水酶編碼基因序列并無同源性。前者存在于大部分微生物中，而輔酶B12非依賴性甘油脫水酶目前僅在丁酸梭狀芽孢桿菌中發(fā)現(xiàn)［37］。1, 3-PDO氧化還原酶將甘油還原途徑的中間產(chǎn)物3-HPA還原為1, 3-PDO，同時消耗NADH產(chǎn)生NAD+，維持細胞內(nèi)還原力當量平衡［38］。

圖1 微生物代謝甘油途徑示意圖Fig.1 Schematic diagram of microbial glycerol metabolic pathway

3 粗甘油對微生物發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO的影響

當前生物柴油工業(yè)生產(chǎn)工藝一般是以動植物的油脂與甲醇作為反應原料，在催化劑作用下，使油脂醇解生成生物柴油與副產(chǎn)物：甘油。反應過程中，使用的催化劑不同，其產(chǎn)生的粗甘油中甘油和雜質(zhì)含量有較大差異。來源于生物柴油工業(yè)的粗甘油經(jīng)過初步純化后其甘油含量一般為65%-90%（W/W），此外還含有大量雜質(zhì)，包括1%-2%脂肪酸、6%-13%醇類及 1%-8% 無機鹽等［3，39-40］。

當微生物以粗甘油作為單一碳源發(fā)酵時，其1, 3-PDO 的產(chǎn)率及底物消耗速率等會明顯低于純甘油底物，這是因為粗甘油中含有的雜質(zhì)對微生物菌體生長代謝以及酶活性等會產(chǎn)生嚴重抑制作用。由于不同微生物具有不同的生長和代謝特性，因此粗甘油中不同雜質(zhì)對微生物生長和1, 3-PDO產(chǎn)率均有不同的影響。如Chatzifragkou等［41］發(fā)現(xiàn)粗甘油中對于1, 3-PDO發(fā)酵菌株C.butyricum VPI 1718發(fā)酵影響主要是不飽和脂肪酸類物質(zhì)。由于不飽和油酸中雙鍵的存在使分子發(fā)生扭結(jié)，彎曲分子與膜的相互作用通過阻礙營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物跨膜擴散而影響其運輸，從而抑制菌株生長與1, 3-PDO生產(chǎn)，且油酸的不飽和度越高，抑制作用越大。Moon等［42］證明粗甘油中甲醇類物質(zhì)對于1, 3-PDO發(fā)酵菌株C.butyricum DMS 15410發(fā)酵效率影響最大。高濃度的醇類物質(zhì)對細胞膜流動性影響較大，通過改變細胞膜的通透性影響細胞生理活動，對菌株發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用。Ito等［43］證實粗甘油中鹽類物質(zhì)對于甘油利用菌株Enterobacter aerogenes HU-101的抑制作用最大。高濃度鹽離子可降低細胞脂質(zhì)膜中的范德華力，并導致細胞膜腫脹，改變細胞內(nèi)的生化過程，從而抑制細菌的生長代謝。Venkataramanan等［44］發(fā)現(xiàn)粗甘油中脂肪酸雜質(zhì)對C.pasteurianum ATCC 6013轉(zhuǎn)化甘油有著強烈抑制作用，而其他雜質(zhì)如鹽類和甲醇等雜質(zhì)對細菌轉(zhuǎn)化甘油的影響不大。Laura等［45］研究證明粗甘油雜質(zhì)主要是對K.penumoniae DSMZ 2026發(fā)酵過程中1, 3-PDO產(chǎn)率產(chǎn)生了嚴重的抑制作用，但是對該菌發(fā)酵過程的菌體生長影響較小。本課題組開展的粗甘油雜質(zhì)對K.penumoniae 2e發(fā)酵影響研究結(jié)果表明，不飽和亞油酸是影響菌株生長和代謝的主要雜質(zhì)［46］。上述研究表明，粗甘油中雜質(zhì)直接抑制微生物發(fā)酵及1, 3-PDO產(chǎn)量，從而制約其工業(yè)化應用，而粗甘油中不同雜質(zhì)對不同微生物發(fā)酵的影響各有差異。

4 不同種屬微生物發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO

近些年來，已有不少學者開展了粗甘油直接發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO的研究，并篩選分離出多種耐受粗甘油雜質(zhì)生產(chǎn)1, 3-PDO的微生物，盡管距離實現(xiàn)工業(yè)化應用還有眾多尚待解決的問題，但是這些研究的開展將對于推動直接利用粗甘油工業(yè)化生產(chǎn)1, 3-PDO的實現(xiàn)具有重要意義。

4.1 腸桿菌屬

對腸桿菌屬以粗甘油為碳源發(fā)酵的研究，在近年來取得了較大進展。其中，K.pneumoniae是目前研究最深入的1, 3-PDO生產(chǎn)腸桿菌屬之一［47］。有研究表明，K.pneumoniae以粗甘油為底物發(fā)酵時的甘油轉(zhuǎn)化率及1, 3-PDO產(chǎn)量等均優(yōu)于其他菌屬，對粗甘油雜質(zhì)具有高耐受性。如Yang等［48］研究表明，K.pneumoniae ATCC 8724分批發(fā)酵粗甘油時，1, 3-PDO最高產(chǎn)率和最高產(chǎn)量分別可達0.65 mol/mol和20 g/L，幾乎與純甘油底物發(fā)酵時1, 3-PDO得率相當。為提高菌株對粗甘油耐受性及1, 3-PDO產(chǎn)量，許多學者采用從特殊環(huán)境篩選或者誘變等方式獲得粗甘油高產(chǎn)1, 3-PDO菌株。例如本課題組從生物柴油生產(chǎn)廢渣污染土樣中，分離篩選出一株粗甘油高產(chǎn)1, 3-PDO細菌K.pneumoniae 2e。該菌以粗甘油為底物發(fā)酵12 h后，其1, 3-PDO產(chǎn)率達0.64 mol/mol，與文獻報道的同種屬菌株相比優(yōu)勢明顯，具有應用于工業(yè)發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO的潛力［46］。

K.pneumoniae與大腸桿菌的生化與遺傳特性相近，較易通過基因工程手段開展遺傳改造和基因工程育種［25，49］。如 Oh 等［50］通過構(gòu)建的 K.pneumoniae菌株乳酸和2, 3-丁二醇代謝途徑缺陷突變體，利用粗甘油發(fā)酵生產(chǎn)的1, 3-PDO最大產(chǎn)量與發(fā)酵強度分別為81.1 g/L與3.38 g/（L·h），且乳酸和2, 3-丁二醇副產(chǎn)物顯著減少。這表明通過基因工程手段對提高K.pneumoniae發(fā)酵粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO得率的潛力巨大。值得注意的是，K.pneumoniae屬于條件致病菌，如何去除或減少其致病性以保證其生產(chǎn)安全性，是其工業(yè)化應用前需要解決的重要問題［25］。盡管腸桿菌屬中大腸桿菌本身不能利用甘油生產(chǎn)1, 3-PDO，通過基因工程技術對其進行遺傳改造后，可獲得發(fā)酵甘油生產(chǎn)1, 3-P DO的大腸桿菌工程菌株。例如，Clomburg等［51］將來自Citrobacter freundii菌株中甘油脫氫酶基因gldA及1, 3-PDO氧化還原酶基因yqhD轉(zhuǎn)入大腸桿菌后，其利用粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO的產(chǎn)率可達21.3%，與純甘油類似。此外，由于腸桿菌屬生長速度快且對其進行遺傳改造的技術較成熟，因此該菌屬在發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO工業(yè)中極具開發(fā)和應用前景。

4.2 梭菌屬

梭菌屬發(fā)酵甘油產(chǎn)1, 3-PDO的過程中需要嚴格的厭氧條件，其對甘油發(fā)酵過程中的底物和產(chǎn)物具有較高的耐受性，該菌屬在對粗甘油轉(zhuǎn)化效率方面具有優(yōu)勢。例如Wilkens等［52］篩選到一株生長快且高耐受雜質(zhì)的菌株C.butyricum AKR102a，其利用粗甘油發(fā)酵生產(chǎn)的1, 3-PDO濃度達 76.2 g/L，生產(chǎn)強度為2.3 g/（L·h），其生產(chǎn)強度高于文獻報道的其他野生菌株。通過基因工程手段，可有效提高梭菌屬發(fā)酵粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO的得率。例如，Wischral等［53］將大腸桿菌的甘油脫氫酶基因gldA和二羥基丙酮激酶基因dhaKLM轉(zhuǎn)入C.beijerinckii DSM 791后，其發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO的產(chǎn)率達0.54 g/g，相比野生型菌株提高了37.5%。Jensen等［54］采用化學試劑對一株C.pasteurianum菌株誘導突變后，其利用粗甘油發(fā)酵生產(chǎn)的1, 3-PDO產(chǎn)率達0.25 mol/L，生產(chǎn)強度為1.21 g/（L·h）。與野生型相比，其產(chǎn)率提高了48%。值得關注的是，梭菌屬編碼的甘油脫水酶是非輔酶B12依賴型，其在發(fā)酵過程中不需要額外添加輔酶B12來促進甘油脫水酶酶活，因此有利于工業(yè)化生產(chǎn)中降低生產(chǎn)成本［55］。此外，梭菌屬為非致病菌，對工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)過程中的安全無影響。這些研究表明梭菌屬具有成為粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO候選菌株的潛力［56］。

4.3 乳桿菌屬

對乳桿菌屬利用粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO的研究，目前主要開展菌種篩選。例如，Vivek等［31］分離篩選到一株能發(fā)酵粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO的短乳桿菌L.brevis N1E9.3.3，其在厭氧培養(yǎng)條件下利用粗甘油生產(chǎn)的1, 3-PDO濃度可達18.6 g/L，產(chǎn)率為0.83 g/g。Grahame等［57］分離篩選出的一株面包乳桿菌L.panis PM1在堿性條件下（pH 9-10）對粗甘油發(fā)酵產(chǎn)1, 3-PDO的轉(zhuǎn)化率達到71%。為了進一步提高乳桿菌屬對粗甘油的發(fā)酵性能，已有不少學者通過改造其甘油代謝途徑，有效減少了副產(chǎn)物生成量，獲得高效發(fā)酵菌株。Vaidyanathan等［58］通過在中引入大腸桿菌乙醇脫氫酶編碼基因（YqhD），可顯著促進L.reuteri發(fā)酵甘油過程的中間產(chǎn)物3-HPA向1, 3-PDO轉(zhuǎn)化，與野生型菌株相比，其轉(zhuǎn)化粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO的效率提高了34%，但該菌產(chǎn)乳酸和乙醇副產(chǎn)物的量增加了。推測其原因，可能是在其甘油代謝途徑，引入的乙醇脫氫酶基因過表達后，對NADPH的消耗量增加，導致其原有的NADH依賴型1, 3-PDO氧化還原酶（PDOR）活性降低，使得產(chǎn)生的NADH更多地流向乳酸和乙醇生成途徑。Pflügl等［59］對 L.diolivorans的 1, 3-PDO 氧化還原酶基因過表達后，與野生型菌株相比，其發(fā)酵粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO產(chǎn)率提高了20%。這些研究表明通過基因工程手段對乳桿菌代謝甘油生產(chǎn)1, 3-PDO途徑的定向改造，成為提高其利用粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO效率的重要手段。此外，乳桿菌屬作為1, 3-PDO的天然生產(chǎn)菌株之一，有著獨特的優(yōu)勢，其屬于非致病菌株，且發(fā)酵過程中也不需要嚴格的厭氧條件，預示著該菌屬在發(fā)酵粗甘油產(chǎn)1, 3-PDO方面具有重要的發(fā)展前景。

5 混菌發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO

混菌發(fā)酵主要是利用菌種之間協(xié)調(diào)互作關系，克服中間產(chǎn)物過多積累對發(fā)酵產(chǎn)物生成的不利影響，能提高微生物對發(fā)酵環(huán)境的適應性和產(chǎn)物產(chǎn)率。為了克服單一菌種發(fā)酵甘油產(chǎn)1, 3-PDO過程中轉(zhuǎn)化率不高、性能不穩(wěn)定等缺點，近些年來，有學者嘗試通過混菌發(fā)酵方式來提高1, 3-PDO產(chǎn)率的研究。Pan等［60］采用梭菌與腸桿菌屬混合菌株對粗甘油厭氧發(fā)酵時，1, 3-PDO產(chǎn)量高達0.44 g/g，且副產(chǎn)物乙酸的量顯著降低；進一步采用Bacillus megaterium和Corynebacterium hydrocarbooxydans混合菌株對上述發(fā)酵液再次發(fā)酵，生產(chǎn)的1, 3-PDO純度由最初的27.7%提高到接近100%。相比單菌發(fā)酵，混菌發(fā)酵方式還可以提高對粗甘油發(fā)酵過程中底物和產(chǎn)物濃度的耐受性。Zhou等［61］從活性污泥樣中篩選出主要由梭菌屬和肽鏈球菌屬組成的厭氧菌群C2-2M，該菌群在甘油補料分批發(fā)酵中，生產(chǎn)的1, 3-PDO濃度高達57.86 g/L，生成的產(chǎn)物濃度相比單菌發(fā)酵提高幅度較大。Jiang等［62］從大連海域篩選出高耐受粗甘油雜質(zhì)的菌群DL38，該菌群對粗甘油耐受濃度達200 g/L，生產(chǎn)的1, 3-PDO濃度達到81.4 g/L，轉(zhuǎn)化率為0.63 mol/L。此外，通過混菌發(fā)酵方式對未經(jīng)滅菌的甘油也具有較好的轉(zhuǎn)化效率，例如Gallardo等［63］通過添加額外菌株至菌群DL38改造形成了新的菌群DL38-BH，該菌群利用未滅菌甘油生產(chǎn)的1, 3-PDO產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)強度均與底物經(jīng)滅菌后的相當。這表明其具有應用于實際生產(chǎn)的巨大潛力（表1）。

表1 不同菌株或菌群利用粗甘油為底物發(fā)酵生產(chǎn)1，3-PDOTable 1 Production of 1，3-PDO by different strain or microbial consortium using crude glycerol substrate

混合菌群對粗甘油的高度適應是不同菌株共同作用的結(jié)果，利用微生物菌群混合發(fā)酵手段不僅可以提高粗甘油利用率、減少副產(chǎn)物的生成，還可降低下游工藝中目標產(chǎn)物的分離成本，為未來大規(guī)模利用粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO提供新思路。需要指出的是，菌群活性、結(jié)構(gòu)組成及發(fā)酵性能等因素穩(wěn)定性對發(fā)酵過程中的1, 3-PDO產(chǎn)率起著至關重要作用。而混合菌群經(jīng)過長時間低溫保存，其發(fā)酵性能有所降低，影響其在工業(yè)上應用。因此，如何提高保藏過程中菌群活性和穩(wěn)定性，是混菌發(fā)酵應用于工業(yè)生產(chǎn)之前需要解決的關鍵問題之一［64］。

6 展望

在生物柴油產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展過程中，對伴隨產(chǎn)生的大量副產(chǎn)物粗甘油如何進行有效處理已經(jīng)成為影響該產(chǎn)業(yè)能否可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。通過微生物發(fā)酵將粗甘油直接轉(zhuǎn)化成高值化學品1, 3-PDO，成為該副產(chǎn)物極具前景的高值化利用途徑之一。其中，如何克服粗甘油雜質(zhì)對微生物發(fā)酵抑制的影響，是未來實現(xiàn)粗甘油直接生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)1, 3-PDO工業(yè)化應用亟待解決的關鍵問題。盡管目前通過自然篩選、誘變、基因工程等手段發(fā)掘出多種能直接發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO菌株，但是對其相關功能基因在粗甘油底物發(fā)酵過程中的表達調(diào)控、功能酶對雜質(zhì)耐受特性等從分子層面解析與粗甘油耐受機制相關的研究還很少見報道。同時，目前尚未有應用于實際生產(chǎn)的菌株開發(fā)出來。

為了進一步促進微生物發(fā)酵法轉(zhuǎn)化粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO的應用，未來針對粗甘油高效發(fā)酵生產(chǎn)1, 3-PDO的研究可從以下三個方面開展：第一，開展對粗甘油高耐受微生物與耐受相關功能酶的發(fā)掘與研究，通過對其耐受特性、蛋白分子結(jié)構(gòu)特征等方面探究，獲取具有優(yōu)良性狀的酶資源；第二，對耐受粗甘油的功能基因的表達調(diào)控機制開展深入探究，以解析其耐受粗甘油的分子調(diào)控機制；對粗甘油高耐受微生物開展關鍵耐受功能酶資源的發(fā)掘與研究；第三，通過對微生物發(fā)酵粗甘油過程中副產(chǎn)物生成途徑開展深入解析，為通過基因工程手段改造其代謝途徑以減少副產(chǎn)物提供理論依據(jù)?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，通過對微生物甘油代謝、1, 3-PDO生產(chǎn)途徑中功能酶及與耐受相關基因的表達調(diào)控途徑、副產(chǎn)物生成途徑等通過代謝工程、分子生物學手段進行改造，提高微生物直接發(fā)酵粗甘油生產(chǎn)1, 3-PDO效率，促進其應用于工業(yè)生產(chǎn)。