2-酮基-D-葡萄糖酸的催化合成及其動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、2-酮基-D-葡萄糖酸(2-keto-D-ghconicacid,2KGA)是目前工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的有機(jī)酸之一。工業(yè)化生產(chǎn)2KGA主要采用發(fā)酵法,其產(chǎn)物濃度較高、生產(chǎn)強(qiáng)度較大。但該法生產(chǎn)周期長(zhǎng)、發(fā)酵液中雜質(zhì)較多,產(chǎn)物后續(xù)分離純化步驟繁瑣,難以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。本研究試圖提出一種新的制備2KGA的方法,即利用熒光假單胞菌A46休止細(xì)胞催化合成2KGA,以期望在不降低轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化后續(xù)產(chǎn)物的分離純化步驟,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)

2、。本研究的主要結(jié)論如下:
　　 1.通過(guò)對(duì)休止細(xì)胞的菌齡、反應(yīng)體系中細(xì)胞濃度、反應(yīng)溫度、底物和溶解氧濃度對(duì)2KGA催化合成影響的研究,初步確定了菌熒光假單胞菌A46催化合成2KGA的條件:細(xì)胞的菌齡為20.0±2.0h,反應(yīng)體系中休止細(xì)胞濃度為3.0±0.2g/L,反應(yīng)溫度30±4.0℃,底物(葡萄糖)濃度165.00±20.00g/L,500mL三角瓶中反應(yīng)液裝量不超過(guò)40mL。
　　 2.對(duì)游離休止細(xì)胞重復(fù)利用穩(wěn)定性

3、進(jìn)行了研究,休止細(xì)胞被重復(fù)利用3次,其催化合成2KGA的能力沒有發(fā)生明顯變化,轉(zhuǎn)化率保持在95.00%以上,轉(zhuǎn)化液中2KGA濃度穩(wěn)定在170.00g/L左右,生產(chǎn)強(qiáng)度高于3.50g/L·h。
　　 3.休止細(xì)胞保存于4℃的條件下是可行的。保存36d,休止細(xì)胞仍有較強(qiáng)的催化合成2KGA的能力,轉(zhuǎn)化反應(yīng)液中2KGA的濃度均高于159.00g/L,產(chǎn)率均高于0.98g/g(相當(dāng)于理論產(chǎn)率的91.00%);保存44d,休止細(xì)胞催化合成2

4、KGA的能力有較明顯的下降,轉(zhuǎn)化液中2KGA的平均濃度為147.40g/L,平均產(chǎn)率為0.90g/g(約為理論產(chǎn)率的83.58%)。
　　 4.相對(duì)于發(fā)酵法而言,利用熒光假單胞菌A46休止細(xì)胞催化合成2KGA具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與發(fā)酵法相比,生產(chǎn)周期相對(duì)縮短了20%以上(16h),產(chǎn)物濃度相對(duì)增加了7%以上(13g/L),產(chǎn)率相對(duì)提高了6%以上,生產(chǎn)強(qiáng)度由2.48±0.01g/L·h增大至3.41±0.01g/L·h。
　　

5、 5.在5L發(fā)酵罐上進(jìn)行了熒光假單胞菌A46全細(xì)胞催化合成2KGA的放大實(shí)驗(yàn)。當(dāng)?shù)孜餄舛葹?63.64g/L時(shí),其平均生產(chǎn)強(qiáng)度為2.73g/L·h,糖酸轉(zhuǎn)化率達(dá)到理論產(chǎn)率的99.05%。
　　 6.利用LC-MS/MS對(duì)熒光假單胞菌A46的催化合成產(chǎn)物進(jìn)行定性分析。結(jié)果表明:催化合成產(chǎn)物與2KGACa標(biāo)準(zhǔn)品的液相色譜保留時(shí)間相同,且相同保留時(shí)間的成分產(chǎn)生了與2KGACa一致的MS、MS/MS譜,確證了熒光假單胞菌A46游離休止細(xì)

6、胞催化合成的產(chǎn)物為2KGA。通過(guò)對(duì)液相色譜圖的比對(duì)分析,發(fā)現(xiàn)熒光假單胞菌A46全細(xì)胞催化合成的2KGA純度可能明顯高于發(fā)酵生產(chǎn)的2KGA純度。
　　 7.研究了熒光假單胞菌A46休止細(xì)胞催化合成2KGA的動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明:當(dāng)反應(yīng)體系中細(xì)胞濃度為4.5g/L時(shí),反應(yīng)初速度最大;溫度為34℃時(shí),可獲得最大的反應(yīng)初速度;反應(yīng)初速度隨著搖瓶裝量的增加而降低。由酶促動(dòng)力學(xué)模型建立了熒光假單胞菌A46休止細(xì)胞催化合成2KGA的動(dòng)力學(xué)模型。模