利用膜生物反應器微生物轉(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化學產(chǎn)品，相對傳統(tǒng)的固定化細胞批式反應工藝而言，游離細胞膜生物反應器工藝具有工藝簡單，成本低，菌體利用率高，無污染等優(yōu)點。 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，然后設計和應用了一種新的游離細胞膜生物反應器的工藝，來取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，期待實現(xiàn)工業(yè)化應用。 首先，通過研究菌體發(fā)酵過程中產(chǎn)酶的規(guī)律，提出了調(diào)節(jié)pH值，補加葡萄糖和誘導劑的菌體優(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，通過對膜材料的截留性能、膜通量、膜抗污染性能和膜抗溶脹性能等方面性能評價，選擇聚砜中空纖維超濾膜作為膜組件的膜材料。并采用反應器和中空纖維膜組件串聯(lián)的膜生物反應器形式，它具有操作方便，結構簡單合理，易于清洗等優(yōu)點。還從水力學的角度對膜組件工作狀態(tài)建立了數(shù)學模型和優(yōu)化設計，這對工業(yè)化過程中膜

3、組件的設計有重要的指導意義。 最后在膜生物反應器工藝平臺上開發(fā)設計了單級非穩(wěn)態(tài)工藝和單級擬穩(wěn)態(tài)工藝兩種工藝過程，并進行了可行性研究。實驗結果表明：這兩種工藝過程各有特點，在生產(chǎn)效率和菌體利用率等方面都優(yōu)于現(xiàn)有的固定化細胞生產(chǎn)方式。 在單級非穩(wěn)態(tài)工藝過程中，根據(jù)對產(chǎn)品濃度要求不同的情況。開發(fā)和驗證了三個不同反應批次單級非穩(wěn)態(tài)工藝過程。生產(chǎn)效率均在0.02mol/L/min以上，6批次反應菌體利用率最高為0.7gAM/mg。

4、從生產(chǎn)效率和菌體利用率來看，應用單級非穩(wěn)態(tài)過程的膜生物反應器比現(xiàn)有的固定化細胞催化生產(chǎn)方式更有優(yōu)勢。該工藝過程路線簡潔，操作簡單應該是日后丙烯酰胺小型工業(yè)化生產(chǎn)理想的選擇。 在單級擬穩(wěn)態(tài)工藝過程中，從反應溫度和菌體加入方式兩個方面對單級擬穩(wěn)態(tài)工藝過程進行了優(yōu)化設計。結果發(fā)現(xiàn)單級擬穩(wěn)態(tài)工藝過程在20℃下操作，菌體懸液以滴加的方式進入反應體系，會使生產(chǎn)效率和茵用率有較大程度的提高。最后還進行了單級擬穩(wěn)態(tài)工藝的生產(chǎn)應用，整個生產(chǎn)過程持