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。     

固定化米曲霉氨基酰化酶反应动力学及其连续拆分DL–蛋氨酸实验

探讨了用明胶-戊二醛固定化米曲霉菌球氨基酰化酶反应动力学,对固定化菌体连续光学拆分DL-蛋氨酸进行了研究. 当底物浓度小于200 mmol/L时,没有底物抑制现象,此时拆分反应速率符合Michaelis-Menten方程. 在37℃时, 米氏常数和最大反应速率分别为11.9 mmol/L和1.3 mmol/L. 在连续拆分反应中反应物体积流量为7.5 ml/h,底物浓度为200和400 mmol/L时,L-蛋氨酸的转化率分别为93%和78%. 随体积流量的增加,L-蛋氨酸转化率降低. 固定化菌体的操作半衰期为82 d.     

表面活化甲壳素固定化Gibberella intermedia生物转化制备异烟酸

甲壳素及其衍生物资源来源广泛、具有生物安全性,在材料、食品、化工等领域拥有良好的应用前景。本研究首次尝试采用经表面活化的甲壳素为包埋材料对产腈水解酶的G. intermedia游离细胞进行固定化,对固定化条件进行了初步优化,选取甲壳素质量分数3%,三聚磷酸钠质量分数7%,固定化时间5 h,固定菌体浓度为20g/L时催化活力达到最高。对固定化细胞的催化应用特性进行了表征,结果表明固定化细胞对4-氰基吡啶转化反应的最适反应温度为50℃,最适pH值为7.0;最适底物浓度为125mmol/L,最大产物耐受浓度为400mmol/L,均明显优于游离细胞。探索了将制备的固定化细胞直接应用于4-氰基吡啶生物转化合成异烟酸,固定化细胞可重复利用14批次,而相应游离细胞仅为3次。     

固定化米曲霉氨基酰化酶反应动力学及其连续拆分DL-蛋氨酸实验

探讨了用明胶－戊二醛固定化米曲霉菌球氨基酰化酶反应动力学，对固定化菌体连续光学拆分DL－蛋氨酸进行了研究。当底物浓度小于200mmol/L时，没有底物抑制现象，此时拆分反应速度符合Michaelis-Menten方程。在37℃时，米氏常数和最大反应速率分别为11.9mmol/L和1.3mmol/L。在连续拆分反应中反应物体积流量为7.5ml/h，底物浓度为200和400mmol/L时，L－蛋氨酸的转化率分别为93％和78％。随体积流量的增加，L－蛋氨酸转化率降低。固定化菌体的操作半衰期为82d。     

生物酶法合成(S)-2-氨基-1-丁醇的研究

以粪产碱杆菌来源的青霉素G酰化酶为催化剂,酶法拆分苯乙酰消旋底物转化生成(S)-2-氨基-1-丁醇。通过对催化过程中加酶量、底物浓度、反应温度、pH进行优化,确定最适酶催化条件是pH 9.0,40℃,底物浓度100 mmol/L,酶量2 U/mL,反应体积80 mL。在最适反应条件下,当消旋底物转化率达40%时终止反应可获得较高的产物光学纯度(ee>99%)。     

天冬氨酸酶基因工程菌固定化细胞制备L-天冬氨酸合成条件优化

以反丁烯二酸和氨水为原料,采用天冬氨酸酶基因工程菌固定化细胞生物催化法合成L-天冬氨酸。通过响应面法考察反丁烯二酸浓度、温度、p H对合成L-天冬氨酸的影响。结果表明,固定化天冬氨酸酶基因工程菌合成L-天冬氨酸最佳条件为:底物反丁烯二酸的质量浓度为300 g/L,反应温度为37℃,底物p H为7.5,L-天冬氨酸的产率为96.7%。固定化细胞可连续使用10批次。通过电镜观察发现天冬氨酸酶基因工程菌均匀分布于载体,天冬氨酸酶基因工程菌固定化细胞具有良好的稳定性。     

水/CTAB体系中壳聚糖钯配合物催化Suzuki偶联反应研究

以天然高分子壳聚糖为载体,在PdC l2乙醇溶液中回流还原制得了壳聚糖钯配合物催化剂。并在水/十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)体系中,考察了底物摩尔比、碱碳酸钾的用量、反应温度、反应时间和催化剂的用量对该催化剂催化对溴苯甲醚和苯硼酸的Suzuk i偶联反应催化性能的影响。在优化反应条件下,即1 mmol CTAB,1 mmol苯硼酸,对溴苯甲醚与苯硼酸摩尔比为1.2∶1,对溴苯甲醚与碳酸钾摩尔比为1∶2,催化剂0.03 g(对溴苯甲醚与催化剂中钯的摩尔比为200∶1)时,10 mL去离子水,100℃反应6 h,产率可达95.7%。     

羰基还原酶与甲酸脱氢酶偶联催化制备(R)-苯基乙二醇

以重组菌E. coli Rosetta/pETDuet-rcr-fdh全细胞为催化剂,2-羟基苯乙酮和甲酸钠为双底物,研究了生物催化反应体系中温度、pH值、底物2-羟基苯乙酮的初始浓度、反应时间、细胞浓度和状态等对产物(R)-苯基乙二醇生成效率的影响规律. 结果表明,在温度35℃和pH 7.0、底物初始浓度6 g/L、时间36 h、湿细胞浓度10%(w)的条件下,产物的光学纯度高达98.37% e.e.,得率达79.14%. 在上述反应体系中添加5 mmol/L ZnSO4后,重组菌催化的不对称还原反应效率显著提高,产物(R)-苯基乙二醇光学纯度达到100% e.e.,得率高达86.3%.     

有序介孔TiO2固载g-谷氨酰转肽酶催化合成S-bzl-g-glutamyl-L-cysteine

以有序介孔TiO2(OM-TiO2)为载体对B. subtilis NX-2 GGT进行吸附固载. 圆二色光谱分析和活性位点滴定结果表明,固定化前后酶的二级结构和活性位点数变化很小,固定化后GGT对供体的亲和力及转肽反应催化常数均有不同程度下降,但固定化酶对产物的亲和力有明显提高. 固定化后GGT的热稳定性和pH稳定性均较游离酶有显著提高,固定化酶稳定性良好,经10批次转化后,固定化催化活性仍保持74%. 以固定化GGT为催化剂,在L-谷氨酰胺(L-Gln) 5 mmol/L、S-苄基-半胱氨酸(S-bzl-cys) 15 mmol/L、酶浓度0.062 U/mL和pH 9.0条件下,40℃水浴反应5 h,产物浓度为1.2 mmol/L.     

有序介孔TiO_2固载γ-谷氨酰转肽酶催化合成S-bzl-γ-Glutamyl-L-Cysteine

以有序介孔TiO2(OM-TiO2)为载体对B.subtilis NX-2GGT进行吸附固载.圆二色光谱分析和活性位点滴定结果表明,固定化前后酶的二级结构和活性位点数变化很小,固定化后GGT对供体的亲和力及转肽反应催化常数均有不同程度下降,但固定化酶对产物的亲和力有明显提高.固定化后GGT的热稳定性和pH稳定性均较游离酶有显著提高,固定化酶稳定性良好,经10批次转化后,固定化催化活性仍保持74%.以固定化GGT为催化剂,在L-谷氨酰胺(L-Gln)5mmol/L、S-苄基-半胱氨酸(S-bzl-cys)15mmol/L、酶浓度0.062U/mL和pH9.0条件下,40℃水浴反应5h,产物浓度为1.2mmol/L.     

壳聚糖-聚乙烯醇固定化细胞在生物转化合成烟酸中的应用

传统的腈水解酶游离催化剂在腈类化合物生物转化过程中存在易失活、稳定性低、重复利用率不高等特点，本研究采用复合固定方式对基因工程腈水解酶进行固定化以期提升其应用性能。通过固定化壳聚糖和聚乙烯醇（PVA）作为包埋材料，获得了具有高机械强度和酶活性的固定化细胞。初步探究了固定化聚乙烯醇和壳聚糖的浓度及固定剂的优选条件，分别为80g/L的PVA、40g/L的壳聚糖及60g/L三聚磷酸钠的饱和硼酸溶液；与游离细胞相比，固定化细胞的热稳定性和贮藏稳定性均显著提高，可增加约2倍；在525min的转化时间内，采用底物流加模式可转化合成烟酸208g/L。本文为复合固定化催化剂在腈化合物生物转化及烟酸合成中的应用奠定了坚实基础。     

固定化Gibberella intermedia转化3-氰基吡啶制备烟酸

研究不同复合包埋材料对含腈水解酶的Gibberella intermedia CA3-1进行固定化,选择出最为适合的壳聚糖-聚乙烯醇作为复合包埋材料,其优化后的浓度分别为1.6%和2%。实验结果表明该固定化细胞的最适转化条件为：3-氰基吡啶初始浓度300mmol/L,转化温度30℃,pH值7.0,转化时间60min。固定化细胞可以稳定进行26个批次转化,每克干细胞可转化产生283.5g烟酸,为游离细胞的3倍。此外,固定化细胞对高浓度3-氰基吡啶的耐受性大幅提高,温度稳定性有一定增强。连续补料19次,固定化细胞酶活保留约30%,经折算产率为每克干细胞转化生成191.3g烟酸。     

重组真菌腈水解酶的发酵工艺条件及生物催化特性初探【需加急】

对产真菌腈水解酶的重组大肠杆菌的培养基种类、培养基成分、诱导剂种类和浓度、诱导条件、p H和温度进行了系统考察。摇瓶发酵优化结果显示:以甘油作为主要碳源,蛋白胨和酵母膏作为主要氮源,并添加微量元素的SOC培养基作为发酵培养基,最适接种量为0.5%;较优的诱导剂诱导条件为:采用0.5 mmol/L的IPTG诱导12 h,发酵p H=7.5,诱导温度25℃时产酶效果最佳。经过优化后,重组酶的酶活得到了显著提高,总酶活最高达到了3.84 U/m L,相比初始水平(0.84 U/m L)提高约4倍。5 L发酵罐的放大实验表明,产酶效果良好,总酶活和比酶活均与摇瓶水平基本持平。全细胞催化性质考察研究结果表明,该菌株所产腈水解酶催化反应的最适催化反应温度是45℃,最适反应p H约为7.2。     

非水相体系中海藻酸钠-壳聚糖微胶囊粒径及强度性能

固定化技术是提高生物催化剂在非水相中活性和稳定性的一种很有工业应用潜力的手段。采用乳化-内部凝胶化与络合反应制备海藻酸钠-壳聚糖(AC)微胶囊作为固定化载体,筛选5种有机溶剂构建了培养基-有机溶剂两相体系,模拟酵母细胞培养条件,将AC微胶囊在培养基-有机溶剂两相体系中振荡48 h,5种两相体系对AC微胶囊形态没有明显影响;在培养基-癸二酸二丁酯两相体系中,当壳聚糖分子量在40000～100000、成膜反应时间在2～5 min范围内变化时,分子量小(40000)和成膜时间长(5 min)的AC微胶囊粒径稳定,破碎率较低、机械强度较大,适于用作进一步非水相细胞催化的固定化载体。两相体系中AC微囊化酵母细胞活性保持良好,能实现生物转化生产。     

Noncatalytic Hydrolysis of Iminodiacetonitrile in Near‐Critical Water – A Green Process for the Manufacture of Iminodiacetic Acid

The hydrolysis of iminodiacetonitrile (IDAN) in near‐critical water, without added catalysts, has been successfully conducted with temperature and residence time ranges of 200–260 °C and 10–60 min, respectively. The effects of temperature, pressure, and initial reactant/water ratio on the reaction rate and yield have been investigated. The final reaction products primarily included iminodiacetic acid (IDA) and ammonia associated with other by‐products; gas formation was negligible. The maximum yield of IDA was 92.3 mol.‐% at 210 °C and 10 MPa, with a conversion of almost 100 %.The apparent activation energy and ln A of IDAN hydrolysis were evaluated as 45.77 ± 5.26 kJ/mol and 8.6 ± 0.1 min^–1, respectively, based on the assumption of first‐order reaction. The reaction mechanism and scheme were similar to those of base‐catalyzed reactions of nitriles examined in less severe conditions.     

固定化沙雷氏菌脂肪酶拆分(R,S)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯

利用海藻酸钙-戊二醛交联法对本实验室筛选到的一株能选择性拆分(R,S)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯〔(R,S)-HPBE〕的沙雷氏菌脂肪酶进行固定化,并对固定化脂肪酶的酶活和拆分条件进行了研究。结果表明,最适反应温度为50℃,pH=7.0,底物浓度40 mmol/L,ρ(酶液)=200 g/L,在该条件下,反应10 h后,(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯〔(R)-HPBE〕产率达93.4%,光学纯度(e.e.)为96.2%。连续反应12批次,固定化脂肪酶仍可使(R)-HPBE产率维持在80%以上。     

融合蛋白CR2-GDH固定化及不对称还原制备(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯

比较介孔分子筛材料SBA-15、MCM-41、海藻酸钙、改性二氧化硅4种载体固定化融合蛋白CR2-GDH其酶固载量和酶活回收率,选择SBA-15为固定化载体。研究固定化条件对固定化融合酶量的影响以及固定化酶的稳定性,固定化酶在双相体系催化不对称还原反应。结果表明,在pH值为5.5、酶浓度为1.4mg/mL、反应1h条件下,固定化酶量为27.7mg/g。加入25mmol/L的Ca²⁺,固定化酶的酶活回收率由58.6%提高到78.1%。与游离酶相比,固定化酶的热稳定性显著提高,40℃条件下酶活回收率提高19.1%。固定化酶水相中反复使用7批次后,剩余活性仍超过30%,具有较好的操作稳定性。与游离酶相比,固定化酶更耐受烷烃类有机溶剂。在水/有机溶剂双相反应体系中,Ca²⁺/SBA-15固定化酶和游离酶催化相比,产物得率提高23.8%。     

The production of the antibiotic patulin in a three phase fluidized bed reactor I. Effect of medium composition

The continuous and semi-batch production of the antibiotic patulin by immobilized Penicillium urticae cells in a three phase fluidized bed reactor was investigated. A key factor for the success of the process was the limitation of the nitrogen source which increased the longevity of the biocatalyst while keeping cell growth at a low level. The continuous reactor was operated for 360 h during which time the effluent concentration of patulin was maintained at 0.25 mmol/L for 192 h. The total amount of patulin produced by the continuuous run was 35% greater than that obtained in a semibatch run. The pathway efficiency was 0.35 for 192 h indicating the biosynthetic pathway was operating at a high catalytic efficiency.     

磁性壳聚糖纳米复合材料固定化褶皱假丝酵母脂肪酶催化合成木质甾醇酯

以磁性壳聚糖纳米复合材料共价固定的褶皱假丝酵母脂肪酶为催化剂,以木质甾醇和油酸为原料,对木质甾醇油酸酯的酶法合成工艺条件进行了优化。得到的最佳工艺条件为：催化剂用量12.7%（以底物总质量计）,油酸与木质甾醇物质的量比为2∶1,木质甾醇质量浓度为122.9 g/L,反应温度50℃,反应时间24 h。在该条件下,木质甾醇转化率为96.42%。对月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸不同碳链长度的脂肪酸或混合脂肪酸进行酯化反应,木质甾醇的转化率可达96.67%～98.74%,催化剂使用5次时,转化率仍可达82.45%。