微生物法生产丙烯酰胺的生物催化剂——腈水合酶研究进展

回顾了近年来国内外在微生物法生产丙烯酰胺的生物催化剂腈水合酶的结构、催化机理、光活性、热稳定性等方面的研究进展 .腈水合酶的活性部位含有螯合的金属离子作为辅助因子 ;结合金属离子的活性中心在腈水合酶的催化反应中起着重要的作用 ;其中铁型腈水合酶具有光活性 ,其活性是通过NO调节的 :在非活性腈水合酶的铁中心上连有一个内生的NO分子 ,在光的作用下 ,NO释放出来 ,使酶的活性恢复 .进一步探讨了温度对不同菌株酶活稳定性以及氨基化合物等因素对酶活性的影响 ,并对研究的发展方向提出了一些设想     

Nocardia sp.RS合成腈水合酶过程及其高酶活的表达工艺

对Nocardia sp．RS合成腈水合酶的过程进行了分析，研究了菌体生长和酶活表达的相互关系、pH调控和葡萄糖消耗对产酶速率的影响．根据腈水合酶在发酵过程中的生成特性，设计开发了葡萄糖—Co^2 耦合补加工艺优化产酶过程，通过对产酶过程的优化，大大提高了腈水合酶的发酵水平，酶活达到了10195U／ml，比优化前提高了43．2倍．     

极端条件驯化法提高腈水合酶产生菌的丙烯酰胺耐受性

为了提高产腈水合酶的菌体Nocardia sp.对催化产物丙烯酰胺的耐受性,利用极端条件改造了现有的丙烯酰胺生产菌株RS,通过向发酵液间歇加入丙烯腈催化生成丙烯酰胺,为菌体制造出一个极端环境,使菌体在生长催化过程中逐渐适应高浓度丙烯酰胺,强化其丙烯酰胺耐受性,驯化得到了RS-1菌株. 研究了驯化过程中菌体存活率、比死亡速率和腈水合酶活性随丙烯酰胺浓度的变化. 在不同的丙烯酰胺初始浓度(0~400 g/L)下比较了两菌株的丙烯酰胺耐受性,RS-1菌体催化丙烯腈水合的速率都大于RS菌体,平均提高30.8%;而且RS-1菌株的胞内腈水合酶也具有较好的丙烯酰胺耐受性. 在相同的水合条件下,RS-1菌株催化所得的丙烯酰胺终浓度和丙烯腈转化率分别为587.1 g/L和99.97%,都明显优于RS菌株的水合结果. 在进一步的水合实验中,RS-1菌株催化所得的丙烯酰胺终浓度达到了641.4 g/L.     

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。     

Rhodococcus sp. SHZ-1腈水合酶的诱导表达和稳定性研究

Inducing expression and the reaction characteristic of nitrile hydratase (NHase) from Rhodococcus sp.SHZ-1 were investigated. The results showed that the expression of NHase was greatly enhanced with the cooperation of acrylonitrile and ammonium chloride as inducer in the medium and the specific activity of NHase was increased of 44%. Then the temperature, pH, concentration of acrylonitrile and acrylamide were evaluated, which affected the activity and reaction characteristic of NHase. It was found that the temperature and concentration of acrylamide were the most important factors for the catalyzation of NHase. The optimal catalysis temperature of NHase from Rhodococcus sp. SHZ-1 was 30℃, and the activation energy of the hydration of NHase was 90.2kJ·mol-1 in the temperature range from 5℃ to 30℃. Km of NHase was 0.095mol.L-1 using acrylonitrile(AN)as substrate, and NHase activity was inhibited seriously when acrylonitrile concentration was up to 40g·L-1, the substrate inhibition constant Ki is 0.283mol·L-1. Moreover, the NHase from Rhodococcus sp. SHZ-1 had very strong tolerance to acrylamide, in which the final concentration of acrylamide reached to 642g·L-1 and the residual activity of NHase still maintained 8.6% of the initial enzyme activity.     

腈水合酶催化剂应用技术研究进展

对生物转化法生产丙烯酰胺的生物催化剂———腈水合酶的应用技术进行了总结,包括细胞的利用形式和生物反应器,并对本产业的发展方向提出一些参考意见。     

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。     

腈水合酶的发酵研究

Nocardh sp163#在含有脲和钴的培养基中发酵生产腈水合酶,可以催化丙烯腈水合为丙烯酰胺。调节培养条件使发酵液的酶活力达到815万u／ml。温度28—30℃,反应体系呈中性酶活性很高并且稳定。     

我国生物法生产丙烯酰胺的现状及研发概况

介绍了我国生物法生产丙烯酰胺（AM）的研发概况及产业化过程与现状,并分析了其前景。我国1984年开始该项技术的研究,1993年成功实现产业化并大规模推广应用。目前国内超过10家企业采用生物法生产AM,总产能超过20万t/a,总产量15万t/a以上．且未来前景依然看好。     

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•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.     

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.     

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。     

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     

腈水合酶生产菌工业发酵技术研究

丙烯酰胺是一种重要的有机化工原料．以它为中间体合成的产品有上百种,其聚合物或共聚物可用作化学灌浆物料、土壤改良剂、絮凝剂、纤维改性剂和涂料等。目前丙烯胺酰的生产工艺有丙烯腈硫酸化学水解法、丙烯腈以还原铜为金属催化剂的化学水合法和丙烯腈以腈水合酶为生物催化剂的微生物法。微生物法比化学法更具有优势．丙烯腈水合反应的条件温和．在常温常压下进行．反应后丙烯腈的转化率高达99．99％,反应液中的丙烯腈的含量可控制在50ppm以下．不需要去除和回收残余丙烯腈。产品的丙烯腈含量指标就完全合格,省去了残留丙烯腈去除和回收工艺流程．减少了设备投资、能耗和环境污染。且生物催化剂具有成本低、催化效率和选择性高的特点,因此微生物法获得的丙烯酰胺产品中杂质含量低．产品活性高．特别适合生产高分子量的聚合物。微生物法丙烯酰胺生产技术以其众多的优点成为了第三代丙烯酰胺生产技术。并在实际生产中得到了广泛应用．目前单线生产能力在2万t/a以上．     

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%。