固定化Bacillus subtilis E9在固定床生物反应器中催化生产对羟基苯乙酸的研究

论文摘要

对羟基苯乙酸是一种重要的有机合成中间体,本论文是以对羟基苯乙腈为底物,通过生物法催化转化得到产物对羟基苯乙酸。本课题建立在前人筛选得到能水解对羟基苯乙腈生产对羟基苯乙酸菌种的基础上,研究了游离细胞和固定化细胞在生物反应器中,生物催化水解生产对羟基苯乙酸的工艺过程。论文研究了游离细胞在自行设计的鼓泡式生物反应器中的转化工艺,优化了转化条件,在500mL反应器中加入300mL带有游离细胞的底物缓冲溶液,以0.6mL/min的通气量对转化体系进行混合,可以进行多次转化反应。论文还考察了各种固定化方法对转化过程的影响,经过比较选择了琼脂和海藻酸钙两种凝胶基质对细胞进行包埋,并对两种固定化方法进行条件优化。经过比较后,发现海藻酸钙凝胶较琼脂凝胶漏菌量更少,但在磷酸缓冲液中容易溶解,因此选择用PEI和GA对海藻酸钙固定化细胞进行强化。通过响应面分析实验优化了强化条件,利用优化后的条件强化固定化细胞后,发现海藻酸钙凝胶的机械强度增加,固定化细胞的重复利用率提高了七倍,同时发现在溶液中添加浓度为3%的丙酮作为助溶剂后,酶活有所提高。固定化细胞经过强化后,在自制的固定床生物反应器中转化,实验表明经过强化后的固定化细胞稳定性增强,固定化细胞的酶活性变性速度常数k_D值为0.0033,酶活半衰期为210h。固定化细胞填充在固定床生物反应器中连续反应,空隙率为0.354,床层压力降为2.838 Pa,底物和产物在固定化细胞中的传质阻力主要为内扩散阻力限制,以0.5mL/min的底物流速从反应器底部通过蠕动泵流加底物溶液在32℃体系下进行转化实验,得到较好的转化结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 固定化技术
• 1.2.1.传统的固定化方法
• 1.2.2.新型固定化方法
• 1.2.3.微胶囊
• 1.3 固定化成型机械的研究
• 1.4 固定化生物反应器
• 1.4.1.固定化生物反应器分类
• 1.5 在生物过程产业中的应用
• 1.5.1.人工细胞
• 1.5.2.全细胞酶
• 1.5.3.对重金属的生物吸附
• 1.6 固定化生物技术前景展望
• 1.7 本论文的研究背景及意义
• 1.8 参考文献
• 第二章 游离细胞生物反应器转化条件研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1.材料
• 2.2.2.实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1.对羟基苯乙酸标准曲线绘制
• 2.3.2.对羟基苯乙腈标准曲线绘制
• 2.3.3.生物反应器转化时间进程曲线
• 2.2.4.最佳通气量的确定
• 2.2.5.最佳装液量的确定
• 2.2.6.最适转化温度的确定
• 2.2.7.细胞批次转化实验
• 2.4 小结
• 2.5 参考文献
• 第三章 固定化方法条件优化
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1.固定化材料
• 3.2.2.实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1.固定化方法的选择
• 3.3.2.固定化细胞最佳反应时间
• 3.3.3.菌体浓度对酶活的影响
• 3.3.4.琼脂浓度对酶活的影响
• 3.3.5.固定化琼脂块质量对酶活的影响
• 3.3.6.颗粒大小对酶活的影响
• 3.3.7.pH稳定性
• 3.3.8.温度稳定性
• 3.3.9.固定化细胞反应批次实验
• 2浓度对酶活的影响'>3.3.10.CaCl₂浓度对酶活的影响
• 3.3.11.海藻酸钠浓度对酶活的影响
• 3.3.12.钙化时间对酶活的影响
• 3.3.13.菌体量对酶活的影响
• 3.3.14.颗粒大小对酶活的影响
• 3.3.15.固定化细胞电镜观察
• 3.4 小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 聚乙烯亚胺对海藻酸钙固定化细胞强化作用的条件优化
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1.材料
• 4.2.2.实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1.PEI浓度对酶活的影响
• 4.3.2.Ca2+浓度对酶活的影响
• 4.3.3.PEI溶液的pH对酶活的影响
• 4.3.4.GA浓度对酶活的影响
• 4.3.5.不同固定化颗粒量对酶活的影响
• 4.3.6.响应面法强化条件优化
• 4.3.7.pH稳定性
• 4.3.8.温度稳定性
• 4.3.9.助溶剂对酶活的影响
• 4.3.10.固定化细胞反应批次实验
• 4.3.11.固定化细胞电镜观察
• 4.4 小结
• 4.5 参考文献
• 第五章 固定床生物反应器转化条件研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1.材料
• 5.2.2.实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1.底物在床层中的填充量确定
• 5.3.2.底物流加速率的确定
• 5.3.3.转化温度的确定
• 5.3.4.转化体系中助溶剂添加量的确定
• 5.3.5.固定床层的压力降Δp的计算
• 5.3.6.固定化细胞半衰期
• 5.4 小结
• 5.5 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文