煙酸的生物轉(zhuǎn)化與提取工藝研究.pdf

1、煙酸,化學(xué)名稱吡啶-3-甲酸,又名尼古丁酸,是一種動(dòng)物所必需的化學(xué)物質(zhì),它參與有機(jī)物的氧化還原作用,在日常生活中被廣泛應(yīng)用。目前我國煙酸現(xiàn)有產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求,大部分依賴進(jìn)口。傳統(tǒng)的煙酸生產(chǎn)方法是化學(xué)法生產(chǎn),因其需要強(qiáng)酸(或強(qiáng)堿)、高溫、高壓等反應(yīng)條件,而且副產(chǎn)物多、產(chǎn)量低、環(huán)境污染嚴(yán)重。相比傳統(tǒng)的化學(xué)方法,微生物法生產(chǎn)反應(yīng)條件溫和、選擇性好、流程簡(jiǎn)單、產(chǎn)物產(chǎn)率和純度高等諸方面都顯示出化學(xué)合成法所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
　　本課題旨在

2、研究和開發(fā)生物轉(zhuǎn)化法催化3-氰基吡啶制備煙酸的工藝,論文分三部分對(duì)該工藝進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下:
　　1、Pseudomonas putida XY4靜息細(xì)胞生物催化特性研究
　　考察了pH、溫度、會(huì)屬離子、底物濃度、產(chǎn)物濃度、有機(jī)溶劑、酶修飾劑以及細(xì)胞濃度對(duì)酶活的影響,以及酶的pH與溫度穩(wěn)定性,同時(shí)對(duì)酶的底物特異性和煙酸的生物轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行了考察。結(jié)果表明,最佳催化條件為:pH7.2,30℃,底物濃度50 mM:Ag+、C

3、u2+和Fe3+對(duì)酶活的強(qiáng)烈抑制作用說明酶結(jié)構(gòu)中存在一個(gè)必要的巰基基團(tuán);尿素和甘油可提高10％的酶活,而EDTA可降低70％:酶對(duì)高濃度己烷和二甲苯耐受性較高;該腈水解酶對(duì)3-氰基吡啶和4-氰基吡啶等芳香族雜環(huán)腈具有較高的特異性,其次是甘氨腈和丙烯腈,對(duì)酰胺類無特異性,說明該菌沒有產(chǎn)生腈水合酶和酰胺酶,而是芳香族腈水解酶;每克菌體對(duì)底物的轉(zhuǎn)化速率為5.9 g/h。
　　2、連續(xù)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)煙酸的研究
　　考察了靜息細(xì)胞生物量、轉(zhuǎn)

4、化反應(yīng)體系和補(bǔ)料方式對(duì)轉(zhuǎn)化能力的影響。結(jié)果表明,在靜息細(xì)胞轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系中,底物或產(chǎn)物對(duì)酶的抑制作用造成轉(zhuǎn)化力隨菌體量的增大幅度是不成比例的;在轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系的選擇上,生長細(xì)胞體系優(yōu)于靜息細(xì)胞體系;在補(bǔ)料方式的選擇上,采用高濃度底物變速流加的補(bǔ)料方式較好,目前取得的最高轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)為:轉(zhuǎn)化3-氰基吡啶156.2 g,生成煙酸185 g,耗時(shí)7 h,轉(zhuǎn)化率100％,摩爾轉(zhuǎn)化率118％,這是在體積為1 L的7.5g/L生長細(xì)胞體系高濃度底物變速補(bǔ)料

5、轉(zhuǎn)化試驗(yàn)中獲得的;同時(shí)確定了發(fā)酵接種的最佳種齡為20 h左右,接種量為3％。
　　3、產(chǎn)物的提取和鑒定
　　確定了轉(zhuǎn)化液中煙酸的最佳提取工藝為:
　　(1)轉(zhuǎn)化液預(yù)處理階段:70℃熱處理30 min后8000 rpm離心20 min。
　　(2)產(chǎn)物粗提階段:酸沉淀結(jié)晶法,緩慢加酸調(diào)節(jié)pH至3.7后離心、烘干晶體,得率和純度達(dá)90％,離心后上清中殘留煙酸可用旋蒸濃縮法進(jìn)行回收。
　　(3)產(chǎn)品精制階段:脫色