中空纤维酶膜反应器制备L-蛋氨酸的研究

论文摘要

本文采用分体式中空纤维酶膜反应器,利用游离氨基酰化酶对N-乙酰-DL-蛋氨酸进行了拆分,并对拆分液进行了分离。包括以下内容:游离氨基酰化酶动力学理论分析。考察了底物浓度、产物浓度对拆分反应的影响,并用非线性法和L-B法对实验数据进行了拟合。结果表明:在实验所用底物浓度范围0～0.24mol/L,拆分反应符合米氏方程,米氏常数Km=0.985mmol/L,没有出现底物抑制。两种产物均对拆分反应有抑制作用,L-蛋氨酸为竞争性抑制,抑制常数KiL=5.01mmol/L,乙酸为非竞争性抑制,抑制常数Kia=13.228mmol/L。非线性法拟合出的参数值更优。游离氨基酰化酶热失活动力学研究。推导了该酶热失活过程的三态模型,并对模型作了简化,通过测定不同温度下,酶的比活随时间的变化,对实验数据进行了拟合。结果表明:氨基酰化酶的热失活符合简化模型,即一级衰减模型。得到失活速率常数kD = 5.7×1016 exp（12903.2 T）。用分体式中空纤维酶膜反应器对底物进行了拆分研究。考察了不同底物浓度、底物停留时间对稳态时转化率以及产物产率的影响,并对该反应体系进行了数学模拟。结果表明:在实验条件下,底物浓度为0.05mol/L,停留时间为5小时,结果较好。在低底物浓度下,修正的米氏方程能够较好的描述反应行为,而在高底物浓度下,出现了较大的偏差,需对方程作进一步的修正。对拆分后的溶液进行了分离研究。结果表明:在V为50～350ml之间的收集液用于浓缩结晶获得N-乙酰-D-蛋氨酸;在V为350～1000ml之间的收集液用于浓缩结晶获得L-蛋氨酸。在上柱过程中,60℃左右的热水即可将L-蛋氨酸洗出,成本低廉且不造成化学污染,而简单的酸洗即可使Na+树脂柱再生,因此较低的成本有利于L-蛋氨酸的制备。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 蛋氨酸的性质及市场分析
• 1.3 L-蛋氨酸的临床应用
• 1.4 L-蛋氨酸的生产方法
• 1.4.1 化学合成法
• 1.4.2 微生物发酵法
• 1.4.3 生物拆分法
• 1.5 氨基酰化酶的性质和来源
• 1.5.1 氨基酰化酶的性质
• 1.5.2 氨基酰化酶的来源
• 1.6 氨基酰化酶和菌体的固定化
• 1.7 酶膜反应器
• 1.7.1 酶膜反应器的分类
• 1.7.2 酶膜反应器的应用
• 1.8 分体式中空纤维酶膜反应器
• 1.8.1 中空纤维膜材料
• 1.8.2 反应体系中的酶动力学
• 1.8.3 反应体系中的酶失活
• 1.8.4 反应器的优化操作条件
• 1.9 本文研究内容和创新点
• 第二章 酶催化反应动力学理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 酶催化反应的基本方程——米氏方程
• 2.4 抑制作用存在时的酶催化反应动力学
• 2.4.1 竞争性抑制
• 2.4.2 线性混合型抑制
• 2.4.3 非竞争性抑制
• 2.4.4 反竞争性抑制
• 2.4.5 底物抑制
• 2.5 动力学参数的确定
• 2.5.1 无抑制下Vmax和Km的求取
• 2.5.2 产物L-蛋氨酸对反应的影响
• 2.5.3 产物乙酸对反应的影响
• 2.5.4 L-B法与标准非线性回归方法的比较
• 2.6 小结
• 第三章 氨基酰化酶热失活动力学理论分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 游离氨基酰化酶的热失活特性
• 3.3.2 游离氨基酰化酶热失活动力学模型
• 3.3.3 酶失活过程的动力学分析
• 3.4 小结
• 第四章 分体式中空纤维酶膜反应器
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 实验流程图
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 实验结果
• 4.3.2 数学模型
• 4.4 小结
• 第五章 拆分液的分离研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验试剂与仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 pH曲线的分析
• 5.3.2 L-蛋氨酸浓度曲线的分析
• 5.3.3 Na+ 离子浓度的分析
• 5.3.4 流出液的收集与结晶
• 5.3.5 结晶母液的套用
• 5.4 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录 茚三酮比色法
• 致谢