树脂原位吸附提高全细胞不对称制备(S)-苯基乙二醇催化效率研究

树脂原位吸附提高全细胞不对称制备(S)-苯基乙二醇催化效率研究

论文摘要

(S)-苯基乙二醇((S)-PED)具有特殊的生物活性及光电磁性能,是重要的药物、农用化学品、精细化学品的手性中间体。利用生物催化剂转化制备光学纯苯基乙二醇具有反应条件温和、立体选择性、区域选择性和化学选择性较高等优点。本文以近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis CCTCCM203011)水相中催化不对称制备(S)-PED为研究对象,对反应过程的底物浓度、生物催化剂的稳定性以及产物(S)-PED的提取、精制进行研究,旨在为生物法制备(S)-PED的工业化放大生产奠定一定的基础。具体内容包括:对利用原位吸附技术来提高反应的底物浓度进行了研究。结果表明,在反应体系中添加NKAⅡ大孔吸附树脂缓释底物和容纳产物,可以提高反应的底物浓度。结合树脂对底物的吸附量和菌体反应的最适底物浓度,建立了树脂添加量随底物浓度变化的关系式,通过此公式添加树脂将溶液中底物产物总浓度控制在最适水平,从而实现高底物浓度、快速度反应。最后在40 g/L(R,S)-PED浓度转化体系中加入0.54 g树脂,平衡2 h后,反应108 h,产物(S)-PED的e.e.值和产率达到98.1 %和88.5 %,比优化前反应的(R,S)-PED浓度提高了将近166.7 %。对原位吸附反应体系进行了温度、pH、转速的优化。得出反应的最适条件为30℃,pH 8.0,120 r/min。在此条件下,反应时间缩短,而(R,S)-PED浓度从40 g/L提高到50 g/L时反应108 h其产物e.e.值也能达到97.8%。同时研究了添加木糖和酵母膏对全细胞催化剂稳定性的影响。木糖和酵母膏能增加全细胞稳定性,提高催化批次。30 g/L底物浓度下,第二及第三批次反应添加一定的木糖和酵母膏,第二批次反应48 h后产物e.e.值和产率达到97.8 %和80.6 %,第三批次反应72 h后产物的e.e.值达到近95.0%。通过对添加木糖和酵母膏后反应完成的菌体代谢活力进行了测定,其代谢活力明显高于不添加任何物质的反应体系的菌体。对(S)-PED的提取和精制进行了研究。从6种大孔吸附树脂中筛选出NKAⅡ大孔吸附树脂对产物进行吸附,在本研究的产物浓度下,该树脂对(S)-PED具有较大的吸附量250 mg/(g湿树脂),2 h吸附能达到平衡,吸附等温线符合Freundlich经验式。从11种溶剂中筛选出乙醚作为产物重结晶纯化的溶剂。1 L反应液经1.5 BV/h流速经树脂柱吸附,2 BV乙酸乙酯洗脱,质量浓度3 %的活性炭脱色1 h,约100 mL的乙醚重结晶纯化。以此工艺提取纯化(S)-PED,总收率为74.1 %,(S)-PED质量分数从1.4 %达到98.9 %,光学纯度保持在99.0 %。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 手性醇的重要性
  • 1.2 手性醇的研究现状
  • 1.3 微生物全细胞不对称氧化还原制备光学纯苯基乙二醇的研究概况
  • 1.3.1 产品概况
  • 1.3.2 微生物全细胞不对称氧化还原制备光学纯苯基乙二醇的研究进展
  • 1.3.3 影响微生物全细胞不对称氧化还原制备(S)-PED 的因素
  • 1.3.3.1 产物浓度
  • 1.3.3.2 催化剂稳定性
  • 1.3.3.3 产物的提取
  • 1.4 生物催化过程提高反应底物浓度促进时空产率
  • 1.4.1 生物催化过程时空产率低的原因
  • 1.4.2 生物催化过程提高产率的方法
  • 1.4.2.1 底物供给策略
  • 1.4.2.2 原位产物分离策略
  • 1.5 本课题研究思路和内容
  • 第二章 提高 Candida parapsilosis 全细胞单批次催化反应底物浓度的研究
  • 2.1 前言
  • 2.2 材料与方法
  • 2.2.1 实验材料
  • 2.2.1.1 菌种
  • 2.2.1.2 培养基
  • 2.2.1.3 主要试剂
  • 2.2.1.4 主要仪器
  • 2.2.2 实验方法
  • 2.2.2.1 菌体的培养
  • 2.2.2.2 树脂的预处理
  • 2.2.2.3 树脂对底物吸附过程的测定
  • 2.2.2.4 近平滑假丝酵母催化的不对称氧化还原反应
  • 2.2.2.5 产物分析方法
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 高浓度底物对去消旋反应的抑制
  • 2.3.2 不同树脂对PED 的吸附
  • 2.3.3 添加不同树脂对高浓度底物去消旋反应效率的影响
  • 2.3.4 最适底物浓度的选择
  • 2.3.5 各底物浓度下最适树脂添加量
  • 2.3.6 树脂添加量对反应的影响
  • 2.3.6.1 树脂添加量对水相中底物产物总浓度影响
  • 2.3.6.2 树脂添加量对反应效果的影响
  • 2.3.7 水相和树脂相e.e.值变化过程
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 原位吸附体系反应条件的优化及多批次催化稳定性的研究
  • 3.1 前言
  • 3.2 材料与方法
  • 3.2.1 实验材料
  • 3.2.1.1 菌种
  • 3.2.1.2 培养基
  • 3.2.1.3 主要试剂
  • 3.2.1.4 主要仪器
  • 3.2.2 实验方法
  • 3.2.2.1 菌体的培养
  • 3.2.2.2 原位吸附体系反应条件的优化
  • 3.2.2.3 近平滑假丝酵母添加营养物质和辅助底物的催化反应
  • 3.2.2.4 代谢活力保留分析
  • 3.2.2.5 酵母细胞死活初步判断
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 环境因子对原位分离体系催化效果的影响
  • 3.3.1.1 pH 对原位分离反应体系的影响
  • 3.3.1.2 温度对原位吸附反应体系的影响
  • 3.3.1.3 转速对原位分离反应体系的影响
  • 3.3.1.4 反应条件对30 g/L 底物浓度下反应的影响
  • 3.3.1.5 反应体系优化后对各底物浓度下反应的影响
  • 3.3.2 多批次使用菌体对其催化反应稳定性的影响
  • 3.3.3 添加辅助底物和营养物质对菌体第二批次的影响
  • 3.3.3.1 添加木糖对菌体第二批次反应的影响
  • 3.3.3.2 添加酵母膏对第二批次反应的影响
  • 3.3.3.3 同时添加酵母膏和木糖对第二批次反应的影响
  • 3.3.3.4 不同pH 对添加辅助底物和酵母膏后第二批次反应影响
  • 3.3.4 添加辅助底物和营养物质对菌体第三批次反应的影响
  • 3.3.5 添加辅助底物营养物质对细胞代谢活力的影响
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 近平滑假丝酵母全细胞催化的扩大反应及(S)-苯基乙二醇的提取纯化
  • 4.1 前言
  • 4.2 材料与方法
  • 4.2.1 实验材料
  • 4.2.1.1 菌种
  • 4.2.1.2 培养基
  • 4.2.1.3 主要试剂
  • 4.2.1.4 主要仪器
  • 4.2.2 实验方法
  • 4.2.2.1 树脂的预处理
  • 4.2.2.2 近平滑假丝酵母的培养和不对称氧化还原反应
  • 4.2.2.3 产物分析方法
  • 4.2.2.4 树脂对产物的吸附和解吸附
  • 4.2.2.5 色素的去除
  • 4.2.2.6 产物的浓缩和重结晶
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 发酵罐中全细胞的催化反应
  • 4.3.2 (S)-PED 的分离提纯
  • 4.3.2.1 分离提纯步骤的确定
  • 4.3.2.2 树脂的筛选
  • 4.3.2.3 吸附等温线
  • 4.3.2.4 吸附动力学
  • 4.3.2.4 转化液中产物的吸附和解吸附
  • 4.3.2.5 色素的去除
  • 4.3.2.6 产物的初步浓缩和重结晶
  • 4.3.3 每步纯化得率和不同纯化方法比较
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文
  • 相关论文文献

    • [1].近平滑假丝酵母细胞催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应[J]. 催化学报 2009(12)
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    • [3].早产儿近平滑假丝酵母菌血症与白假丝酵母菌血症的临床对比研究[J]. 临床儿科杂志 2012(09)
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    • [6].一株产GABA酵母菌的筛选及鉴定[J]. 食品科技 2013(06)
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    • [15].树脂原位吸附促进高浓度底物不对称氧化还原合成(S)-苯基乙二醇[J]. 化工进展 2008(09)

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