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近平滑假丝酵母（Candida parapsilosis）立体异构生产（S）-PED的反应介质及中试放大的研究

作　者: 许敏伟
导　师: 徐岩
学　校: 江南大学
专　业: 发酵工程
关键词: 双水相立体异构苯基乙二醇近平滑假丝酵母公斤级规模树脂
分类号: TQ920.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
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内容摘要

(S)-苯基乙二醇((S)-PED)是一种重要的药物、农用化学品和精细化学品的手性中间体。本文以近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis CCTCCM203011)为生物催化剂,不对称催化制备(S)-PED。对反应体系、生物催化剂的中试规模制备以及产物(S)-PED的制备和精制进行研究,旨在扩大生物法制备(S)-PED的规模,为工业化放大生产奠定一定的基础。主要研究结论如下:1)双水相可用于提高生物法立体异构外消旋PED生产(S)-PED的底物浓度。实验对双水相中各组成成分进行研究和优化,将底物浓度从15 g/L提高到了30 g/L,产物光学纯度为99.02% e.e.值,产率为90%,反应时间为60 h。双水相中近平滑假丝酵母的细胞形态发生了改变,导致了双水相中的底物浓度不能进一步提高。这种细胞形态的改变在水相中培养后是可逆的,为双水相的批次转化提供了基础。2)公斤规模的制备生物催化剂是进行中试放大实验的基础。针对发酵过程产酸严重和菌体催化能力较低的情况,本实验将生物催化剂的培养从250 mL摇瓶到30L和150 L发酵罐的放大过程和条件进行了研究,最终确定150 L发酵罐下培养条件为40 g/L葡萄糖,7 g/L酵母膏,搅拌转速50 r/min和通气量0.5 vvm,菌体质量为转化产率可以超过88%和产物e.e.值可超过98%。同时,还对150 L罐制备的催化剂在生产批次和低温保藏两方面的稳定性进行研究,在15 g/L的底物浓度且无辅助底物的情况下,菌体可以最多利用2个批次,保证转化的e.e.值可超过95%;在4°C的低温保藏条件下,可以至少保藏21天。3)由于双水相体系尚处于研究阶段,本实验选择了工艺更为成熟的树脂相/水相体系进行放大。在公斤规模制备生物催化剂的基础上,将树脂反应体系的反应规模扩大至100 L,底物和菌体的浓度分别为25 g/L和100 g/L,在转化48 h后,产物e.e.值和产率分别达到99%和93%。经过对各种分离提纯方法的比较研究,采用减压蒸馏法提取产品,总收率提高到85%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 手性醇的研究意义  7
  1.2 手性醇的研究现状  7-9
    1.2.1 国外研究水平  7-8
    1.2.2 国内研究水平  8-9
  1.3 生物法制备手性醇的难点及解决方案  9-12
    1.3.1 生物法制备手性醇的难点  9
    1.3.2 常见液液两相体系简介  9-11
    1.3.3 两相体系的研究意义  11-12
  1.4 生物法制备手性醇的规模放大工艺  12-14
    1.4.1 生物工艺放大导致的溶氧变化  12
    1.4.2 生物工艺放大导致的代谢变化  12
    1.4.3 生物工艺的规模放大方法  12-13
    1.4.4 树脂体系规模放大使用的发酵罐类型  13
    1.4.5 生物产品的脱色  13
    1.4.6 生物法制备手性醇的放大流程  13-14
  1.5 本课题研究目标和内容  14-16
第二章材料与方法  16-21
  2.1 实验材料  16-17
    2.1.1 菌种  16
    2.1.2 培养基  16
    2.1.3 主要试剂  16-17
    2.1.4 主要仪器  17
  2.2 实验方法  17-21
    2.2.1 生物催化剂的培养  17-18
    2.2.2 液液两相体系的制备  18
    2.2.3 生物催化反应条件  18
    2.2.4 中试规模的生产过程  18
    2.2.5 产物纯度的检测  18-19
    2.2.6 两相体系的参数设定  19
    2.2.7 发酵液成份分析方法  19
    2.2.8 有机酸处理生物催化剂的实验步骤  19
    2.2.9 (S)-PED 的提取  19-20
    2.2.10 (S)-PED 的精制  20
    2.2.11 回收树脂的处理方法  20
    2.2.12 产品颜色的检测  20-21
第三章结果与讨论  21-40
  3.1 利用液液两相体系提高底物浓度  21-27
    3.1.1 液液两相体系的选择  21
    3.1.2 影响双水相中立体异构转化率的因素  21-26
    3.1.3 细胞形态在双水相中的变化情况  26-27
  3.2 生物催化剂制备的中试放大研究  27-35
    3.2.1 30 L 规模的生物催化剂发酵研究  27-28
    3.2.2 发酵产有机酸对生物催化剂转化效率的影响  28-30
    3.2.3 碳氮比对30 L 罐培养生物催化剂的影响  30-31
    3.2.4 150 L 罐生物催化剂制备  31-32
    3.2.5 150 L 罐生物催化剂的稳定性研究  32-33
    3.2.6 树脂/水相介质体系的研究  33-35
  3.3 生物法制备手性醇的后提取工艺及经济衡算  35-38
    3.3.1 脱色方法的研究  36-37
    3.3.2 产品鉴定  37-38
    3.3.3 生物法制备手性醇的经济衡算  38
    3.3.4 生物法与化学法制备手性醇的对比  38
  3.4 本章小结  38-40
第四章结论与展望  40-41
  4.1 结论  40
  4.2 展望  40-41
致谢  41-42
参考文献  42-48
攻读硕士期间发表的相关论文清单  48

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