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化工产品课程开发设计 ---微生物法生产丙烯酸的研究进展 学 院:化学生物与材料科学学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 080531 学 号： 姓 名： 指导老师： 孟丽娜 第一部分 综述 摘要:目前,丙烯酸工业生产都是利用石油产品丙烯氧化得到,石油的不可再生性迫使人们寻找新的替代方法,利用微生物来生产丙烯酸是个有希望的选择。该文回顾了近期利用微生物法生产丙烯酸的研究和进展,介绍了利用不同原料生产丙烯酸的方法,并对微生物法生产丙烯酸的可行性进行了展望。 关键词:微生物法；丙烯酸；研究进展 前言 丙烯酸是一种重要的化工基础原料,由于丙烯酸及其衍生物生产的聚合物具有无色透明、有粘性、弹性、对光稳定、不易风化等特点。他们被广泛用于涂料、纺织、粘合剂、纸浆处理、上光剂、皮革、纤维、洗涤剂和超吸附材料等。丙烯酸工业生产经历了以乙炔和一氧化碳为原料的Reppe 法、丙烯腈水解法和丙烯氧化法等工艺路线。目前丙烯氧化法成为丙烯酸生产的主要途径。目前丙烯酸(酯) 都是利用石油产品来生产的。由于石油化学品是不可更新能源,并且石油产品在将来会变得更稀有和昂贵,这就迫使人们寻找新的方法来生产丙烯酸。现在,世界上的许多大公司都在努力开发大宗化学品的“绿色生产方法”,即利用生物法生产化学产品,这其中就包括丙烯酸。用微生物法生产丙烯酸适应社会可持续发展的要求,有可能替代目前利用石油化学品生产丙烯酸的方法,有利于能源的合理利用。 到目前为止,利用微生物法生产丙烯酸的报道还不多见。本文回顾了利用微生物法生产丙烯酸的研究和进展,介绍了利用不同原料生产丙烯酸的方法,最后对微生物法生产丙烯酸技术进行了展望 利用微生物转化丙烯腈生产丙烯酸 1.1 该方法的研究现状 对该方法的探索有两项研究见诸报导。赵孝先等从长期受工厂污水污染的河水、污泥中分离到5株能把丙烯腈转化成丙烯酸的菌株,并着重对其中的菌株6～13 (经初步鉴定该菌株属于假单胞菌属) 进行了研究,确定了菌株适宜的培养和酶促反应条件。该菌株最适宜的碳源是蔗糖,必须在有丙烯腈、丙腈或乙腈等存在的条件下培养,才能获得产腈水解酶的菌体,这可能是因为这些腈类化合物是产生腈水解酶的诱导物;但是,腈类化合物的存在又抑制了细菌的生长,不易获得大量菌体。在一定条件下,分批补加底物丙烯腈,反应历时4h ,反应液中的丙烯酸最终浓度为0.526,另有残余丙烯腈0.02,丙烯腈的转化率为96.3% ,没有检出丙烯酰胺及其它副产物。 近来,罗晖等采用诱变方法得到一株名为的菌种,该菌经过培养基和培养条件的优化能够产生高酶活的腈水解酶。优化培养条件为:温度28℃、摇床转速200、种子培养20h后以6%接种量接种于产酶培养基,初始摇瓶装液量为40mL ,酶活达到21.96。在含一定菌体的100mL 反应体系中,经过10h 连续43 次补加底物丙烯腈,能使产物丙烯酸的质量浓度累积到414.5。 1.2 该方法的优缺点 利用微生物转化丙烯腈生产丙烯酸,优点是:腈水解酶专一性强、反应条件温和、流程简单、副产物少、转化率高。缺点是:需要以石油产品为底物生产丙烯酸,这就限制了这种方法的工业化生产,与当前可持续发展的思路不相符。 利用微生物转化丙烯酰胺生产丙烯酸 进行了的固定化和利用包埋生物催化剂来生产丙烯酸的研究。在乙酰胺中生长时,表现出较高的酰胺酶活性,能够转化丙烯酰胺生成丙烯酸。 2.1　固定化方法 在正常情况下,带负电荷,能够被一些阴离子交换树脂吸附,实验表明,树脂对有很高的吸附能力,每1cm3 树脂可以吸附7. 6mg 左右干重菌体。根据细菌的特性也可以用凝胶来包埋细菌。与琼脂糖相比,由于琼脂成本低、易于处理等而被选为目的凝胶。当细菌被包埋于凝胶中时,反应速率不仅依赖于细菌的选择性活性,而且依赖于载体所产生的扩散限制。随着菌体质量在凝胶中增加,存在一个反应速率点,过了这点,扩散限制就会阻碍反应速率的增加,即使再增加菌体装入量,反应速率也增加很小。这个点一般是每cm3 凝胶装载20mg 干重菌体。 2.2 　反应器的选择 2.2.1　在搅拌反应釜中丙烯酰胺到丙烯酸的生物转化 为了选择合适的反应器,研究者做了一系列试验,首先选择带搅拌的反应釜作为反应器。把10包埋有菌体的琼脂颗粒(每含有20干重细菌) 加入到一个50的搅拌反应器中, 反应温度是30 ℃, 丙烯酰胺的初始浓度是250,30后大约1/5的初始丙烯酰胺(12. 5) 转化成了丙烯酸(2. 44) 。反应速率随后明显下降,因此210以后丙烯酰胺的水解率只有59 %。结果