腈水合酶产生菌的培养条件及丙烯酰胺晶体的制备

摘要

丙烯酰胺是精细化工中一种重要的产品，应用它可以聚合生成聚丙烯酰胺。当前国内外对聚丙烯酰胺及其单体丙烯酰胺的需求量在不断增长，因此对丙烯酰胺生产方法的研究也是近年来的热点。利用固定化技术进行微生物法连续制备丙烯酰胺具有生产工艺简单、固定化细胞颗粒可利用时间长、成本较低、催化剂容易回收等优点。
　　 本文从含有腈化物的化工厂废水处理单元的活性污泥中分离筛选出具有较高丙烯酰胺转化能力的腈水合酶产生菌株，并对其进行丙烯腈驯化、探究影响酶活条件，使该株腈水合酶产生菌具有较高的催化活性，然后使用自制的酶柱反应器进行固定化腈水合酶产生菌连续催化制备丙烯酰胺的反应。以连续流反应器产生的含有丙烯酰胺水溶液作为原材料，进行丙烯酰胺晶体的制备及精制，同时对所得的产品进行核磁和红外分析，主要的研究结果如下:
　　 从稀释度为10-5的含腈废水活性污泥中，在丙烯腈浓度为2g/L的培养基中分离筛选出一株具有较高腈水合酶活性的菌株U2，它的酶活力为486.4U，将其命名为腈水合酶产生菌株BJHM-1。用丙烯腈对该菌株进行梯度驯化，在培养基中丙烯腈的浓度为6g/L的条件下，该菌株的酶活力提高到758.6U。在影响酶活力的因素研究中，考察了pH值和温度对酶活力的影响，研究结果表明腈水合酶产生菌BJHM-1的最佳培养条件为温度控制在30℃，pH为7.5，在此条件下，腈水合酶产生菌株的最高酶活力为530.3U。
　　 将1.0g/L腈水合酶产生菌加入固定化载体，进行固定化连续催化反应得到丙烯酰胺含量为7.5×10-5g/L的水溶液。丙烯酰胺晶体的制备采用水合溶液的浓缩比例接近100∶1，温度控制65℃，结晶温度0℃～5℃，加入晶种诱导结晶发生。丙烯酰胺晶体的核磁分析结果表明，对核磁共振C谱中，-CH2标志峰出现在128nm，-CH标志峰出现在131nm，-CO标志峰出现在170nm并且没有杂质碳出现;根据红外光谱图，在3370，3185cm-1的双重峰为N-H的特征峰;在2818cm-1处的峰为双键C-H伸缩振动特征峰1676cm-1处的强峰为C=O的不对称伸缩振动峰;1448cm-1处的峰为双键C-H弯曲的特征峰，结果表明利用固定化腈水合酶产生菌株转化获得的晶体分子组成和分子结构为丙烯酰胺。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的现状

1．1．1 国内外丙烯酰胺的微生物转化法概述

1．1．2 丙烯酰胺的制备方法概述

1．2 丙烯酰胺的性质及应用现状

1．3 课题研究的背景与意义

1．3．1 课题来源

1．3．2 研究意义

1．4 课题研究的主要内容

第2章 腈水合酶产生菌筛选和酶活力的影响因素

2．1 实验材料与方法

2．1．1 活性污泥

2．1．2 分离筛选培养基

2．1．3 仪器和试剂

2．2 实验室菌种分离

2．2．1 分离筛选腈水合酶产生菌

2．2．2 腈水合酶产生菌的梯度驯化

2．2．3 菌种酶活影响因素的探究

2．2．4 丙烯酰胺的分析方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 分离筛选腈水合酶产生菌

2．3．2 腈水合酶产生菌的梯度驯化

2．3．3 pH值对酶活的影响

2．3．4 温度对酶活的影响

2．4 本章小结

第3章 丙烯酰胺的制备方法及精制

3．1 丙烯酰胺的制备

3．1．1 仪器试剂

3．1．2 连续催化反应的准备

3．1．3 进行固定化连续催化水合反应

3．1．4 丙烯酰胺的制备

3．2 微生物法丙烯酰胺的精制

3．2．1 微生物法生产丙酰胺单体杂质来源

3．2．2 微生物法丙烯酰胺的精制

3．2．3 丙烯酰胺的制备

3．3 本章小结

第4章 丙烯酰胺产品性能分析

4．1 产品外观分析

4．2 丙烯酰胺的红外谱图

4．3 丙烯酰胺的核磁谱图

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢