Nocardia sp.高丙烯酰胺耐受性菌株及水合结晶工艺

在极端条件下改造了现有的丙烯酰胺生产菌株Nocardia sp.RS,通过向发酵液中间歇加入丙烯腈催化生成丙烯酰胺而形成极端环境,将菌体生长、酶催化和菌种筛选这3个过程耦合在一起.研究了极端条件下菌体存活率、腈水合酶活性随丙烯酰胺浓度的变化.驯化得到的RS-1菌株有很好的丙烯酰胺耐受性,摇瓶水合的丙烯酰胺终浓度达到了587 g•L^-1,比RS菌株提高30.6％.利用RS-1菌株在小型反应器规模上实现了高浓度丙烯酰胺的制备,累积浓度达到了535 g•L^-1,不需浓缩即可满足市场对丙烯酰胺水溶液产品的浓度要求.在此基础上,设计了水合结晶改进工艺,预计可比现有工艺降低浓缩能耗32.8％.     

生物法生产丙烯酰胺过程中腈水合酶的抑制和失活

为改进生物法生产丙烯酰胺工艺,研究了腈水合酶催化丙烯腈水合生产丙烯酰胺过程中影响腈水合酶反应速率和酶失活的因素. 实验证明,水合过程中体系pH值的变化基本不影响酶反应速率;底物丙烯腈的浓度低于10 g/L时,酶反应速率与底物浓度成正比,大于75 g/L后,对酶有抑制作用;产物丙烯酰胺显著抑制腈水合酶的活性;菌体细胞内可能存在可以稳定腈水合酶的物质,胞内的腈水合酶在40℃下的半衰期可以达到59.9 h;丙烯酰胺与温度的协同作用是腈水合酶失活的重要原因.     

游离细胞腈水合酶催化丙烯腈水合反应的双稳态反应动力学

腈水合酶是能够催化丙烯腈水合生成丙烯酰胺的一种重要的工业酶。本研究建立了游离细胞腈水合酶催化丙烯腈水合反应的双稳态反应动力学模型,关联了底物浓度、产物浓度和温度等主要因素对反应速率(表观酶活)的影响。在实验研究的基础上,通过麦夸特及全局最优化算法求解了动力学模型。结果表明,游离细胞腈水合酶催化的双稳态反应动力学模型是比较典型的产物抑制型,当产物浓度逐渐增大时,高浓度的产物将抑制腈水合酶的活性。当底物浓度10g·L-1时,由于底物加入反应体系时产生的局部瞬时高浓度,腈水合酶催化的丙烯腈水合反应的表观反应速率不随底物浓度变化。当底物浓度≥10g·L-1时,底物产物浓度对反应速率具有显著影响。温度对酶活的影响也十分显著,相同底物产物浓度下,28℃时的酶催化水合反应速率是15℃时的3.3倍。     

产腈水合酶菌株的驯化研究

以Nocardia sp. LNSY0611为出发菌株,通过逐渐增加培养基中丙烯腈的浓度重复继代培养,得到一株酶活为72.5 U·mg-1的腈水合酶高活力菌株Nocardia sp. LNSY0611XH,酶活比出发菌株提高了15倍.初步确定驯化最优条件为:葡萄糖20 g·L-1、诱导剂脲0.06 g·L-1、Co2 0.3 g·L-1、丙烯酰胺10%、温度30℃及pH 7.在此条件下,腈水合酶可高效表达.     

腈水合酶固定化方法和催化特性的研究

以一种能够产生腈水合酶诺卡氏菌为研究对象,针对原来的海藻酸盐包埋法存在的固定化细胞强度较小、通透性较差等问题,改进了对酶的固定化方法,并对固定化腈水合酶的催化特性:最适反应温度、pH值、底物丙烯腈浓度、和表面活性剂性质和丙烯酰胺累积浓度对酶活性的影响等五个方面进行了研究。其中固定化腈水合酶最适反应温度在15~25°C;pH 7.0左右;底物丙烯腈浓度为3%~4%;Triton X-100对酶活性基本无影响,而Tween 80和Tween 60对酶活力有抑制作用;固定化腈水合酶在丙烯酰胺累积浓度为15%~20%之间时,酶活性较好。     

微生物法生产丙烯酰胺的研究进展

近几年来,利用微生物细胞产生的腈水合酶催化水合丙烯腈制取丙烯酰胺的研究日益受到人们的关注。本文对微生物法生产丙烯酰胺及腈水合酶的研究进展、国内外发展状况、以及今后的发展方向做简要阐述。     

腈水合酶/酰胺酶体系制备蛋氨酸羟基类似物

西洼湖戈登氏菌CGMCC 4.218 4含有一个高效的腈水合酶/酰胺酶体系。本文利用该菌株全细胞中的腈水合酶(Nitrile hydratas)催化2-羟基-4-甲硫基丁腈(HMTBN)水合为2-羟基-4-甲硫基丁酰胺(HMTBAm),利用酰胺酶(Amidase)以原位串联的方式将2-羟基-4-甲硫基丁酰胺水解为2-羟基-4-甲硫基丁酸(HMTBA,蛋氨酸羟基类似物)。考察了底物浓度、细胞质量浓度、温度、pH、反应时间对腈水合酶和酰胺酶活性的影响,对腈水合酶、酰胺酶的热稳定性和pH稳定性进行了测定。结果表明,最优的反应条件为:50 mmol/L HMTBN,3 g/L干重细胞,温度30℃,pH=8.0,反应时间30 min。在最优反应条件下,采用分批补料策略,细胞可使用23批次,HMTBA的累积量在44 h内达到164 g/L,其产率为95%。     

耦合末端盐桥与定点突变的重组腈水合酶催化动力学

双亚基腈水合酶是催化丙烯腈水合生产丙烯酰胺的重要工业酶。通过Discovery Studio 2.5软件对C-末端盐桥耦合定点突变改造的耐热型基因重组腈水合酶NHase^M-TH-SB^M（S344K-S346K-L347E-N362S-435DT436（+））进行盐桥网络分析,发现其全局盐桥总数有所下降,但双亚基界面间盐桥数量提高到7个。在重组大肠杆菌中表达了原腈水合酶NHase^M-TH（TH）、盐桥突变酶NHase^M-TH-SB（SB）和盐桥耦合定点突变的重组酶NHase^M-TH-SB^M（SB^M）,研究了3种酶的催化反应动力学和失活动力学。结果表明,SB^M的腈水合酶活性为543.9 U·mg^-1,比TH提高了31.0%;其米氏方程催化速率常数K_cat比TH提高了20%。SB^M的表观失活常数K_D在25～42℃范围内均明显低于对照TH,在42℃时为TH的68.0%,显示了良好的热稳定性。SB^M是活性和稳定性同时提高的重组腈水合酶。     

恶臭假单胞菌腈水解酶的生物催化特性

以丙烯腈为底物,对产腈水解酶菌株Pseudomonas putida XY4在静息细胞状态下的催化特性进行了研究,考察了p H、温度、金属离子、底物浓度对酶的影响,以及该酶的p H与温度稳定性、底物特异性等,同时对丙烯腈的生物转化过程进行考察。结果表明,腈水解酶的最佳催化条件为p H=7.2,30℃,底物浓度150 mmol/L;Ag+、Cu2+和Fe3+对酶具有强烈的抑制作用;该腈水解酶对3-氰基吡啶等芳香族杂环腈具有较高的特异性,其次是甘氨腈和丙烯腈,对酰胺类物质无特异性。该研究对利用腈水解酶生物催化丙烯腈制备丙烯酸的应用提供借鉴。     

耦合末端盐桥与定点突变的重组腈水合酶催化动力学

双亚基腈水合酶是催化丙烯腈水合生产丙烯酰胺的重要工业酶。通过Discovery Studio 2.5软件对C-末端盐桥耦合定点突变改造的耐热型基因重组腈水合酶NHaseM-TH-SBM(S344K-S346K-L347E-N362S-435DT436(+))进行盐桥网络分析,发现其全局盐桥总数有所下降,但双亚基界面间盐桥数量提高到7个。在重组大肠杆菌中表达了原腈水合酶NHaseM-TH(TH)、盐桥突变酶NHaseM-TH-SB(SB)和盐桥耦合定点突变的重组酶NHaseM-TH-SBM(SBM),研究了3种酶的催化反应动力学和失活动力学。结果表明,SBM的腈水合酶活性为543.9 U·mg?1,比TH提高了31.0%;其米氏方程催化速率常数Kcat比TH提高了20%。SBM的表观失活常数KD在25~42℃范围内均明显低于对照TH,在42℃时为TH的68.0%,显示了良好的热稳定性。SBM是活性和稳定性同时提高的重组腈水合酶。     

一株产腈水合酶菌株酶活高效表达条件的研究

以抚顺腈纶厂废水中筛选的一株Nocardia sp为出发菌株,通过逐渐增加培养基中丙烯腈的体积浓度重复继代培养,得到1株酶活高效表达的Nocardia sp菌,酶活比出发菌株提高了15倍。确定了菌株培养的最优条件:葡萄糖(25 g/L),诱导剂脲(0.06 g/L)、Co2+(0.02 g/L)、丙烯酰胺(10%),反应条件pH(7)、温度(20℃),底物丙烯腈体积分数(<5%),产物丙烯酰胺的质量分数(<20%)。正交实验表明,反应温度和脲的加入量为反应过程中的显著因素。     

游离静止细胞中腈水合酶的失活动力学

Nitrile hydratase (NHase) is an important industrial enzyme used for acrylamide production from acrylonitrile. The deactivation kinetics of NHases in free resting cells of Rhodococcus sp. was presented based on a bi-steady state assumption. Effects of hydration temperature, product concentration and substrate concentration on NHase deactivation were investigated experimentally and correlated with a first order deactivation kinetics. The results showed that the hydration temperature and product concentration were major factors governing the deactivation of NHases under substrate-feeding conditions. When acrylamide concentration was higher than 250 g&#8226;L－1, the deactivation of NHases became serious and the bi-steady state assumption was not applicable. When the hydration temperature was controlled at a relatively higher level such as 28°C, the total deactivation rate constant was about 2.8-fold of that at 20°C.     

Nocardia sp.腈水合酶的纯化过程研究

对Nocardiasp.高活力腈水合酶进行了纯化研究。在细胞破碎中,超声时间对腈水合酶比酶活存在一个最优值,超声时间为20.00min时得到的比酶活最高。在离子交换层析过程中,采用DEAE-Sepharose作为层析介质,分别对平衡缓冲液pH、离子强度和线性梯度洗脱体积进行了优化。结果表明,采用pH7.20、50mmolL-1的Na2HPO4-NaH2PO4溶液作为平衡缓冲液,0.00~1.00molL-1的NaCl线性梯度洗脱,洗脱体积为20~25倍柱体积,此条件下腈水合酶的纯化倍数和酶活收率较佳。以Phenyl-SepharoseFF为层析介质研究了疏水层析精制腈水合酶的工艺过程,采用两步层析优化方法纯化出的Nocardiasp.腈水合酶比酶活达到2648.0U穖g-1,酶活收率为40.84%,用SDS-PAGE检测其纯度为99.00%以上。Nocardiasp.腈水合酶的两个亚基分子量分别为22.90kDa和27.38kDa。     

Isolation and characterization of a nitrile hydratase from a Rhodococcus sp.

A new nitrile hydratase producing strain of Rhodococcus has been found. A method for purification of the nitrile hydratase and a characterization of the enzyme is described. The hydratase is a 52-kdal protein consisting of two subunits of molecular weights, 26 and 23 kdal, respectively. The hydratase exhibits a broad substrate specificity. Aliphatic saturated or unsaturated nitriles, as well as aromatic nitriles, are substrates for the enzyme. Inhibition of the enzyme activity by amides and carboxylic acids was observed. The optimum pH of the hydratase is 7.5. The enzyme is rather unstable, even at room temperature. The enzyme may be applied for the production of acrylamide. For this application of the enzyme, the optimal temperature is about 4°C, where the enzyme exhibits a satisfactory activity and stability.     

生物法合成异丁酰胺的研究

研究了生物法合成异丁酰胺的方法。采用腈水合酶催化异丁腈与水反应合成异丁酰胺,在20℃,发酵液体积分数为2.5%(v%)的条件下,获得最大反应速度为17.85714 mol(L.h),此时异丁腈的最大浓度约为0.18 mol/L。通过对反应液进行膜分离、精制和结晶,获得异丁酰胺的纯度大于99.9%,产品收率在98%以上。根据研究结果,生物法合成异丁酰胺具有产品收率高和纯度大的特点,适合生产高纯度异丁酰胺。     

微生物法生产丙烯酰胺的研究进展

微生物法与化学催化法相比有许多优点,简述微生物法生产丙烯酰胺的国内外发展状况、微生物法生产丙烯酰胺及腈水合酶的研究进展,以及今后的发展方向     

一株腈化物降解菌的分离、鉴定及降解特性

从长期被腈化物污染的土壤中分离到一株具有较宽腈化物降解利用谱的菌株YL-1。经过对YL-1形态特征及生理生化指标的分析,初步鉴定为红球菌。YL-1能降解丙烯腈生成丙烯酰胺。YL-1培养40h后可获得54U/mg的干细胞比活力。YL-1降解丙烯腈的最佳条件是温度30℃,pH=7 0,在该条件下对φ(丙烯腈)=0 2%的降解率可达99 4%。