生物技术在现代化工中的应用

生物技术在现代化工中的应用主要体现在将生物工艺(即生物反应器)引入化学工艺中,其主要形式有:通过酶反应和微生物发酵方法制取化合物及微生物处理工业废水。生物催化剂固定化技术的进步,使生物反应器的开发得到很大发展。生物工艺用于现代化工的今后开发目标是:用固定化生物反应器取代已往的发酵法和酶法制取化学品,提供种类繁多且数量较大的活性酶。     

金黄节杆菌CYC705腈水解酶催化亚氨基二乙酸合成的研究

将金黄节杆菌CYC705(Arthrobacter aurescens CYC705) 腈水解酶用于生物催化合成亚氨基二乙酸(IDA),从生物催化剂的形式、生物催化反应过程优化和反应体系放大三个方面进行了考察。在氨基载体固定化酶、环氧基载体固定化酶、海藻酸钠固定化细胞、壳聚糖固定化细胞和游离全细胞几种生物催化剂形式中,壳聚糖固定化细胞催化效率最高、稳定性最好。通过反应体系、反应温度、金属离子、底物浓度、固定化细胞投量等因素的优化,确定了最佳的生物催化反应条件：以50 mmol/L pH=6.6的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液作为反应体系,底物亚氨基二乙腈(IDAN)的浓度为200 mmol/L,添加CoCl2至终浓度为1 mmol/L,反应温度37 ˚C,固定化细胞投量为0.25 g每5 mL反应体积。在此条件下,反应2h可将IDAN完全转化为IDA。进一步将反应体系放大10倍,催化200 mmol/L的IDAN完全转化为IDA仅需1h。     

金黄节杆菌CYC705腈水解酶催化亚氨基二乙酸的合成

将金黄节杆菌CYC705(Arthrobacter aurescens CYC705)腈水解酶用于生物催化合成亚氨基二乙酸(IDA),从生物催化剂的形式、生物催化反应过程优化和反应体系放大3个方面进行了考察。在氨基载体固定化酶、环氧基载体固定化酶、海藻酸钠固定化细胞、壳聚糖固定化细胞和游离全细胞几种生物催化剂形式中,壳聚糖固定化细胞催化效率最高、稳定性最好。通过反应体系、反应温度、金属离子、底物浓度、固定化细胞投量等因素的优化,确定了最佳的生物催化反应条件:以50 mmol/L p H=6.6磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液作为反应体系,底物亚氨基二乙腈(IDAN)的浓度为200 mmol/L,添加Co Cl2至终浓度为1 mmol/L,反应温度37℃,固定化细胞投量为0.25 g每5 m L反应体积。在该条件下,反应2 h可将IDAN完全转化为IDA。进一步将反应体系放大10倍,催化200 mmol/L的IDAN完全转化为IDA仅需1 h。     

可溶性有机催化剂的固定化

1963年Merrifield报告多肽的固相合成法以来,固相合成作为有机合成工艺中的一种新方法,从反应试剂的固定化、可溶性催化剂的固定化、固定化酶和细胞、到所谓“记忆性”合成高分子等很多方面,发展都很快,涉及的领域也颇广。关于固定化生物催化剂在本刊已有综述。     

用于酶固定化的高分子载体材料研究进展

固定化酶是一种高效、高选择性和反应条件温和的生物催化剂。近年来,高分子材料作为酶固定化载体的研究越来越受到重视,相关的研究报道很多。对近十多年来用于固定化酶的高分子载体材料以及它们的优缺点进行了综述,并对用于酶固定化高分子载体材料的发展前景作了展望。     

丝瓜络固定化米根霉催化光皮树油制备生物柴油

近年来,全细胞生物催化剂应用于生物柴油生产的研究引起了人们的极大关注,全细胞催化剂的制备过程可省去烦琐的酶纯化过程和降低催化剂的制备成本,且全细胞催化剂使用寿命较长。本研究对一株高产脂肪酶的米根霉进行了固定化研究,并将其应用于生物柴油的制备。首先筛选不同的生物基固定化材料,探索其适宜的固定化条件,以获得的固定化米根霉作为全细胞催化剂催化光皮树油制备生物柴油,探讨了转酯化条件对生物柴油得率的影响。研究结果表明,丝瓜络作为固定化材料的固载率最高,以橄榄油作为碳源,多聚蛋白胨和NaNO₃作为复合氮源,获得的固定化细胞的固载率及脂肪酶活性最强。以丝瓜络固定化米根霉催化光皮树油,在含水量为10%、催化剂用量为12%的反应体系中,总醇油摩尔比为4∶1,甲醇分别在0h、10h、24h、40h以1∶1添加,甲酯得率可达94%以上。固定化全细胞重复使用6次后,转酯化效果依然保持在80%以上。     

纳米材料在生物燃料电池中的应用

酶生物燃料电池的寿命短以及能量密度低都与酶的稳定性、电子迁移速率和酶载量相关。采用纳米粒子、纳米纤维和介孔介质作为酶固定化的支持物,由于纳米材料巨大的表面可以增加酶载量和促进反应的发生,从而提高生物燃料电池的能量密度。将纳米材料应用于酶生物燃料电池的酶催化剂的固定,在完善电池性能上具有很大的发展潜力。     

水处理中的膜生物反应器简介

生物反应器是以微生物细胞或酶作为催化剂或可产生催化剂 ,进行生化反应和转化的装置 ,膜生物反应器 ( MBR)则是膜与生物的结合产物 ,以实现微生物发酵 ,动植物细胞培养和生物催化转化等。膜生物反应器通常在常温和常压下进行生化反应 ,可使产物或副产物从反应区连续地分离出来 ,打破反应的平衡 ,从而可大大地提高反应转化率 ,增加产率或处理能力 ,过程能耗低、效率高。目前 ,水处理中的膜生物反应器多用于污水处理 (少量用于表面水 ) ,与传统的活性污泥法( CASP)比 ,由于膜反应器取代了二级澄清池 ,这可使污泥停留时间 ( SRT)和水力停…     

薄膜生物催化剂

美国纽约州Eastman kodak公司生命科学研究实验室推出了一种机器涂膜技术,可以将酶和细胞固定化到薄膜上。薄膜生物倦化剂可以螺旋形卷起来,放到生物反应塔里,用来合成有机酸和氨基酸等。这种生物化学工艺的优点是:(1)可以使刚性载体(例如尼龙网状织物)进入生物催化剂结构,避免发生原颗粒生物催化剂常会发生的凝集现象;(2)废催化剂卷可以从反应塔开口处排出,并输入新鲜的催化剂卷,从而减少了反应塔的停车时间;(3)可以使生物催化剂的分布更加均匀一致;(4)由于不同的生物催化剂可以在薄膜上一层隔一层     

固定化微生物细胞处理苯酚废水的研究

固定化微生物细胞是近年来生物工程中发展较快的一项新技术,固定化细胞是直接用各种方法将微生物细胞加以固定化,然后用来催化一定的生化反应。固定化细胞同固定化酶比较,有以下几方面特点: (1) 固定化细胞不需要从微生物细胞提取酶,也不需要提纯酶。这样就免去了酶分离、提纯之繁杂技术。     

固定化粘质沙雷氏菌脂肪酶催化制备脂肪酸甲酯

将实验室构建的产粘质沙雷氏菌脂肪酶的基因工程菌于20 L发酵罐中发酵,并将分离提取获得的粗脂肪酶液用sol-gel包埋法和大孔吸附树脂吸附两种方法进行固定化,考察了醇油比、含水量、反应温度、反应时间、催化剂用量对生物柴油产率的影响。实验结果显示采用大孔树脂吸附法制备的固定化酶的催化效果优于sol-gel包埋法制备的固定化酶,在优化条件下,以大孔树脂吸附法制备的固定化酶可使生物柴油的单批转化率达到88%。     

脂肪酶催化微藻油脂制备生物柴油的工艺研究

以商业固定化脂肪酶复配的组合酶(米黑毛霉脂肪酶+南极假丝酵母脂肪酶)为催化剂、栅藻藻油为原料制备生物柴油,对反应体系和条件进行全面优化,得出最理想的酶催化反应体系和条件分别为:藻油与甲醇摩尔比为1∶12、助溶剂(叔丁醇)∶藻油为1∶1(V/m)、藻油与固定化脂肪酶质量比为50∶1、反应温度为45℃、反应时间为9～12 h、摇床转速为250 r/min。在此条件下,制得的生物柴油(FAME)最高转化率达98.67%,为微藻生物柴油的工业化开发和应用提供了参考依据。     

无机固定化酶载体材料的研究进展

无机固定化酶载体材料具有较高的化学稳定性、机械强度和较低的使用成本,特别适合大规模工业应用。固定化酶作为一种高选择性的生物催化剂,在生物体外同样可以高效率的催化化学反应的进行。本文系统的分析和综述了各种无机载体材料的优缺点、制备方法及其在固定化酶方面的研究进展,并对这些固定化载体材料的应用前景进行了预测。     

用过氧化氢制取氧气时催化效率比较研究

对二氧化锰等金属离子化合物和香菇等生物催化剂在过氧化氢分解制取氧气的实验中催化效率的比较研究，发现金属离子化合物做催化剂时，催化效率高，但不便于回收，对环境有一定程度的污染，而富含过氧化氢酶的菌类和动物肝脏等生物催化剂催化效率适中，生物体内的过氧化氢酶是一种可再生资源，反应后也容易将反应残渣回收，符合现代绿色化学的理念，是实验室用过氧化氢制氧气时的理想的催化剂。     

多孔玻璃珠固定化脂肪酶及其催化合成生物柴油

以多孔玻璃珠为载体,采用共价法对假丝酵母99-125脂肪酶进行了固定,对比了固定化酶与游离酶的最适反应温度、pH值以及热稳定性.并以所制备的固定化酶为催化剂,在微水体系中利用菜籽油合成生物柴油,考察了溶剂量、体系水含量、甲醇等因素对固定化酶催化性能的影响,研究了固定化酶的操作稳定性.     

煤基活性炭固定化脂肪酶制备手性苯乙醇

在有机溶剂中制备高选择性固定化脂肪酶是获得高对映体纯度的手性药物中间体的关键步骤.探讨了不同类型的活性炭作为固定化酶载体,应用于拆分手性1-苯乙醇反应,用N2吸附法和扫描电镜表征了活性炭载体.以固定化酶催化拆分(R,S)-1-苯乙醇为典型反应,研究了用不同活性炭为载体制备的催化剂的催化活性以及反应效果随反应时间的变化规律.结果表明,以微孔活性炭作载体制备的固定化酶催化活性最好,当反应时间达到12.8h时,转化率达到最大理论转化率50%.     

生物催化剂在化工中的应用

一、生物催化剂的特点生物技术利用生物催化剂进行化学合成,使反应在较低的温度、压力下发生,因而节约化工的资源和能源。所谓生物催化剂包括从生物体(动物、植物、微生物)中提取的各种酶,以及可以直接作为酶源使用     

生物柴油的生产技术

综述了生物柴油生产的原料、催化剂和生产工艺等相关研究进展。介绍了生物柴油的生产几乎可以采用所有的天然油脂作为原料，原料的来源对其性质有一定的影响。目前生物柴油工业化生产工艺主要是均相的酸、碱催化酯交换反应，很多都是在常压、低温下进行。均相酸碱催化剂的优点是反应转化率高，但是废催化剂会带来环境问题。非均相催化剂和酶催化剂则是目前研究的热点，固体碱、固定化酶等催化剂可以很容易从反应产物中分离出来。高温高压技术、超临界技术等被用于酯交换反应过程，反应可以在数分钟内完成。高速乳化技术、超声技术及微波技术等反应强化手段可以改善酯交换过程中的传质过程，有利于不完全互溶的醇油两相进行反应。     

离子液体在生物柴油合成中的应用研究进展

离子液体具有较强的催化能力、较强的溶解能力、较低的蒸气压等特性,其在生物柴油合成中的应用近年来受到人们的持续关注。本文介绍了离子液体不仅可作为酶催化合成生物柴油的绿色溶剂,作为酯交换反应合成生物柴油的催化剂,还可作为催化剂载体,并可以实现离子液体在生物合成应用中的循环利用。提出了今后应加强对离子液体中固定化脂肪酶催化合成生物柴油的传质过程和催化作用机制及离子液体的循环利用进行研究。     

无水条件下的生物催化剂

在工业范围内广泛使用无水生物催化剂还存在2个障碍:反应速率和长期稳定性的问题,本文重点介绍了使用生物催化剂设计技术来克服这些障碍,包括酶修饰、固定化、蛋白质工程和非传统溶剂的使用等技术。