生物丁酸的萃取分離及生物催化合成丁酸乙酯的研究.pdf

1、丁酸是一種重要的有機酸，在化工、食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的用途。丁酸可通過化學(xué)合成法或微生物發(fā)酵法生產(chǎn)。發(fā)酵法存在產(chǎn)物濃度低、后處理量大等問題，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的成本較高。然而，發(fā)酵法生產(chǎn)丁酸條件溫和，能耗低，污染小，原料來源廣泛，生物源制品也更容易滿足食品和醫(yī)藥級產(chǎn)品的要求。因此，近年來發(fā)酵法受到廣泛的關(guān)注，其中，建立從發(fā)酵液高效提取丁酸的工藝已成為實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文采用萃取和生物催化酯化等技術(shù)對丁酸分離的條件和策略進(jìn)行

2、了研究。
　　 在萃取法分離丁酸的研究中，經(jīng)過篩選，選擇三辛胺(TOA)為萃取劑，正辛醇為稀釋劑?？疾炝薚OA濃度、丁酸溶液pH、相比、溫度等參數(shù)對水溶液中丁酸萃取分配系數(shù)的影響。獲得的最佳萃取條件為：TOA濃度40％(v/v)、丁酸pH2-3、相比0.8、溫度25℃。發(fā)酵液中丁酸萃取和反萃研究結(jié)果表明，發(fā)酵液pH值為2-3，萃取相比為0.3時，能獲得較高的分配系數(shù)(13.91)，且可大量減少萃取劑的使用；經(jīng)過兩次萃取，發(fā)酵液中

3、丁酸萃取率可達(dá)96.4％；以0.8 M NaOH為反萃劑，相比為1時，丁酸收率達(dá)到86.4%；研究表明，該萃取劑具有很好的再生性能。
　　 為探索固定化脂肪酶在酯化法分離丁酸中的應(yīng)用，建立了脂肪酶固定化的新方法。以纖維織物（棉布）為載體，對Candida rugosa脂肪酶進(jìn)行固定化。建立了聚乙烯亞胺(PEI)活化棉布、酶與PEI-棉布吸附、戊二醛交聯(lián)的三步脂肪酶固定化方法?？疾炝薖EI加入量、PEI溶液pH、載體及酶的加入量、

4、戊二醛及穩(wěn)定劑PEG2000的濃度對固定化的影響，獲得最佳條件為：對0.1g脂肪酶進(jìn)行固定化，PEI加入量為10-20mg，PEI溶液pH為8-10，載體/酶加入質(zhì)量比為12-15，戊二醛濃度為0.1～0.5%，PEG2000濃度為15mg/mL。
　　 對固定化Candida rugosa脂肪酶催化丁酸乙酯的合成進(jìn)行了研究?？疾炝说孜餄舛葹?.5M和0.8M時，酶催化酯化反應(yīng)過程?？疾炝朔磻?yīng)溶劑、反應(yīng)體系水活度、溫度、酶用量、

5、底物濃度和醇酸摩爾比等參數(shù)對反應(yīng)的影響，獲得的最佳反應(yīng)條件為：環(huán)己烷為反應(yīng)溶劑，高反應(yīng)體系水活度(0.8-1.0)，反應(yīng)溫度為25℃，酶加入量為0.6g，丁酸和乙醇濃度分別為0.6M和0.25M。動力學(xué)研究表明，該反應(yīng)符合雙底物抑制Ping Pong Bi-Bi模型，且乙醇是比丁酸更強的抑制劑。該固定化酶具有較好的操作穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性。建立了固定化酶循環(huán)批次反應(yīng)器并將其用于丁酸乙酯的合成反應(yīng)，終產(chǎn)物濃度、產(chǎn)率和酯化率分別為0.85M、