利用膜生物反應(yīng)器微生物轉(zhuǎn)化丙烯酰胺的研究.pdf

1、丙烯酰胺是一種用途廣泛的精細(xì)化學(xué)產(chǎn)品，相對(duì)傳統(tǒng)的固定化細(xì)胞批式反應(yīng)工藝而言，游離細(xì)胞膜生物反應(yīng)器工藝具有工藝簡(jiǎn)單，成本低，菌體利用率高，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。 本文前期探討了高效腈水合酶產(chǎn)生菌Rhodococcus sp.HUST-2培養(yǎng)條件的優(yōu)化，然后設(shè)計(jì)和應(yīng)用了一種新的游離細(xì)胞膜生物反應(yīng)器的工藝，來(lái)取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，期待實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。 首先，通過(guò)研究菌體發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)酶的規(guī)律，提出了調(diào)節(jié)pH值，補(bǔ)加葡萄糖和誘導(dǎo)劑的菌體優(yōu)化

2、培養(yǎng)方案。使發(fā)酵液腈水合酶的活力提高到4000U/mL以上，比酶活達(dá)到224.7U/mg(DCW)左右，大大高于現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)中的酶活。 然后，通過(guò)對(duì)膜材料的截留性能、膜通量、膜抗污染性能和膜抗溶脹性能等方面性能評(píng)價(jià)，選擇聚砜中空纖維超濾膜作為膜組件的膜材料。并采用反應(yīng)器和中空纖維膜組件串聯(lián)的膜生物反應(yīng)器形式，它具有操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，易于清洗等優(yōu)點(diǎn)。還從水力學(xué)的角度對(duì)膜組件工作狀態(tài)建立了數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化設(shè)計(jì)，這對(duì)工業(yè)化過(guò)程中膜

3、組件的設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)意義。 最后在膜生物反應(yīng)器工藝平臺(tái)上開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了單級(jí)非穩(wěn)態(tài)工藝和單級(jí)擬穩(wěn)態(tài)工藝兩種工藝過(guò)程，并進(jìn)行了可行性研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：這兩種工藝過(guò)程各有特點(diǎn)，在生產(chǎn)效率和菌體利用率等方面都優(yōu)于現(xiàn)有的固定化細(xì)胞生產(chǎn)方式。 在單級(jí)非穩(wěn)態(tài)工藝過(guò)程中，根據(jù)對(duì)產(chǎn)品濃度要求不同的情況。開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證了三個(gè)不同反應(yīng)批次單級(jí)非穩(wěn)態(tài)工藝過(guò)程。生產(chǎn)效率均在0.02mol/L/min以上，6批次反應(yīng)菌體利用率最高為0.7gAM/mg。

4、從生產(chǎn)效率和菌體利用率來(lái)看，應(yīng)用單級(jí)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程的膜生物反應(yīng)器比現(xiàn)有的固定化細(xì)胞催化生產(chǎn)方式更有優(yōu)勢(shì)。該工藝過(guò)程路線簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單應(yīng)該是日后丙烯酰胺小型工業(yè)化生產(chǎn)理想的選擇。 在單級(jí)擬穩(wěn)態(tài)工藝過(guò)程中，從反應(yīng)溫度和菌體加入方式兩個(gè)方面對(duì)單級(jí)擬穩(wěn)態(tài)工藝過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)單級(jí)擬穩(wěn)態(tài)工藝過(guò)程在20℃下操作，菌體懸液以滴加的方式進(jìn)入反應(yīng)體系，會(huì)使生產(chǎn)效率和茵用率有較大程度的提高。最后還進(jìn)行了單級(jí)擬穩(wěn)態(tài)工藝的生產(chǎn)應(yīng)用，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程持