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CN115216465A - 一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法 - Google Patents

一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及丙烯酰胺合成技术领域。本发明提供了一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，包括如下步骤：(1)将菌种用增殖培养基在31～35℃条件下培养，得到菌液；(2)将菌液和IPTG混合，在26～28℃条件下诱导8～12h，得到腈水合酶发酵液；(3)将腈水合酶发酵液用膜分离工艺进行浓缩，得到腈水合酶浓缩液；(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25～30：3～5的体积比混合，反应后得到丙烯酰胺。本申请的制备方法可以提高生产效率和菌体利用率，快速获得丙烯酰胺，得到的丙烯酰胺易于分离，同时采用普通菌种即可进行生产，避免了菌种筛选的繁琐。

Description

一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法
技术领域
本发明涉及丙烯酰胺合成技术领域，尤其涉及一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法。
背景技术
丙烯酰胺是一种重要的有机化工原料，主要用于合成聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺可以作为絮凝剂、增稠剂、增强剂等，广泛应用于造纸、煤炭、地质、冶金、纺织、化工、食品等许多经济领域，尤其是在石油工业中聚丙烯酰胺的应用更为突出。
微生物酶催化法既没有硫酸水合法工艺过程复杂，又没有铜催化水合法因加成反应而含有少量副产物的缺点，微生物法生产的单体因杂质含量少、活性高，特别适合于生产超高分子量的聚丙烯酰胺。现今的微生物法生产丙烯酰胺的流程中，仍然普遍存在菌种的酶活稳定性差、对底物和产物的耐受性不高以及产物丙烯酰胺会向副产物丙烯酸进一步转化等问题。因此，如何改进微生物酶催化法的工艺，进一步提高生产效率，就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，提高生产效率和菌体利用率，快速获得丙烯酰胺。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，包括如下步骤：
(1)将菌种用增殖培养基在31～35℃条件下培养，得到菌液；
(2)将菌液和IPTG混合，在26～28℃条件下诱导8～12h，得到腈水合酶发酵液；
(3)将腈水合酶发酵液用膜分离工艺进行浓缩，得到腈水合酶浓缩液；
(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25～30：3～5的体积比混合，反应后得到丙烯酰胺。
作为优选，步骤(1)中所述菌种为红球菌、诺卡氏菌和假单胞菌中的一种或多种。
作为优选，步骤(1)中所述增殖培养基由如下重量份的原料制备：胰蛋白酶8～12份、酵母提取物6～8份、葡萄糖3～5份、尿素0.1～0.3份、水970～980份；所述增殖培养基的pH值为7.0～7.4。
作为优选，步骤(1)中所述菌液的OD600为0.5～0.7。
作为优选，步骤(2)中所述菌液和IPTG混合后IPTG的浓度为0.2～0.3mM。
作为优选，步骤(3)中所述膜分离工艺用的膜孔径为0.05～0.08μm。
作为优选，步骤(3)中所述浓缩时压力为0.4～0.8MPa。
作为优选，步骤(3)中所述浓缩后得到的腈水合酶浓缩液的体积为腈水合酶发酵液体积的10～20％。
作为优选，步骤(4)中所述反应过程中的温度为27～30℃，反应过程中的pH值为6.9～7.1。
本发明提供了一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，包括如下步骤：(1)将菌种用增殖培养基在31～35℃条件下培养，得到菌液；(2)将菌液和IPTG混合，在26～28℃条件下诱导8～12h，得到腈水合酶发酵液；(3)将腈水合酶发酵液用膜分离工艺进行浓缩，得到腈水合酶浓缩液；(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25～30：3～5的体积比混合，反应后得到丙烯酰胺。本申请的制备方法可以提高生产效率和菌体利用率，快速获得丙烯酰胺，得到的丙烯酰胺易于分离，同时采用普通菌种即可进行生产，避免了菌种筛选的繁琐。
具体实施方式
本发明提供了一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，包括如下步骤：
(1)将菌种用增殖培养基在31～35℃条件下培养，得到菌液；
(2)将菌液和IPTG混合，在26～28℃条件下诱导8～12h，得到腈水合酶发酵液；
(3)将腈水合酶发酵液用膜分离工艺进行浓缩，得到腈水合酶浓缩液；
(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25～30：3～5的体积比混合，反应后得到丙烯酰胺。
在本发明中，步骤(1)中所述培养的温度优选为32～34℃，进一步优选为33℃。
在本发明中，步骤(2)中所述诱导的温度优选为27℃。
在本发明中，步骤(2)中所述诱导的时间优选为9～11h，进一步优选为10h。
在本发明中，步骤(4)中所述腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈的体积比优选为1：26～29：3.5～4.5，进一步优选为1：27～28：4。
在本发明中，步骤(1)中所述菌种优选为红球菌、诺卡氏菌和假单胞菌中的一种或多种。
在本发明中，步骤(1)中所述增殖培养基优选由如下重量份的原料制备：胰蛋白酶8～12份、酵母提取物6～8份、葡萄糖3～5份、尿素0.1～0.3份、水970～980份，进一步优选为胰蛋白酶10份、酵母提取物7份、葡萄糖4份、尿素0.2份、水978.8份。
在本发明中，步骤(1)中所述增殖培养基的pH值优选为7.0～7.4，进一步优选为7.1～7.3，再进一步优选为7.2。
在本发明中，步骤(1)中所述菌液的OD600优选为0.5～0.7，进一步优选为0.6。
在本发明中，步骤(2)中所述菌液和IPTG混合后IPTG的浓度为0.2～0.3mM，进一步优选为0.25mM。
在本发明中，步骤(3)中所述膜分离工艺用的膜孔径优选为0.05～0.08μm，进一步优选为0.06～0.07μm。
在本发明中，步骤(3)中所述浓缩时压力优选为0.4～0.8MPa，进一步优选为0.5～0.7MPa，再进一步优选为0.6MPa。
在本发明中，步骤(3)中所述浓缩后得到的腈水合酶浓缩液的体积优选为腈水合酶发酵液体积的10～20％，进一步优选为15％。
在本发明中，步骤(4)中所述反应过程中的温度优选为27～30℃，进一步优选为28～29℃。
在本发明中，步骤(4)中所述反应过程中的pH值优选为6.9～7.1，进一步优选为7.0。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将诺卡氏菌用增殖培养基(胰蛋白酶8份、酵母提取物8份、葡萄糖3份、尿素0.1份、水980份；pH＝7.0)在31℃条件下培养至OD600＝0.7，得到菌液；
(2)将菌液和IPTG混合使菌液中IPTG的浓度达到0.2mM，在28℃条件下诱导8h，得到腈水合酶发酵液；
(3)将腈水合酶发酵液用孔径为0.05μm的膜，采用膜分离工艺在0.8MPa的压力下进行浓缩，浓缩至原体积的10％后得到腈水合酶浓缩液；
(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：30：3的体积比混合，在30℃，pH＝6.9的条件下反应后得到丙烯酰胺。
结果：试验结束后检测丙烯酰胺转化率，结果显示丙烯酰胺转化率为99.3％。
实施例2
(1)将假单胞菌用增殖培养基(胰蛋白酶12份、酵母提取物6份、葡萄糖5份、尿素0.3份、水970份；pH＝7.4)在35℃条件下培养至OD600＝0.5，得到菌液；
(2)将菌液和IPTG混合使菌液中IPTG的浓度达到0.3mM，在26℃条件下诱导12h，得到腈水合酶发酵液；
(3)将腈水合酶发酵液用孔径为0.08μm的膜，采用膜分离工艺在0.4MPa的压力下进行浓缩，浓缩至原体积的20％后得到腈水合酶浓缩液；
(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25：5的体积比混合，在27℃，pH＝7.1的条件下反应后得到丙烯酰胺。
结果：试验结束后检测丙烯酰胺转化率，结果显示丙烯酰胺转化率为99.4％。
实施例3
(1)将红球菌用增殖培养基(胰蛋白酶10份、酵母提取物7份、葡萄糖4份、尿素0.2份、水978.8份；pH＝7.2)在33℃条件下培养至OD600＝0.6，得到菌液；
(2)将菌液和IPTG混合使菌液中IPTG的浓度达到0.25mM，在27℃条件下诱导10h，得到腈水合酶发酵液；
(3)将腈水合酶发酵液用孔径为0.06μm的膜，采用膜分离工艺在0.6MPa的压力下进行浓缩，浓缩至原体积的15％后得到腈水合酶浓缩液；
(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：27：4的体积比混合，在28℃，pH＝7.0的条件下反应后得到丙烯酰胺。
结果：试验结束后检测丙烯酰胺转化率，结果显示丙烯酰胺转化率为99.7％。
由以上实施例可知，本发明提供了一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，包括如下步骤：(1)将菌种用增殖培养基在31～35℃条件下培养，得到菌液；(2)将菌液和IPTG混合，在26～28℃条件下诱导8～12h，得到腈水合酶发酵液；(3)将腈水合酶发酵液用膜分离工艺进行浓缩，得到腈水合酶浓缩液；(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25～30：3～5的体积比混合，反应后得到丙烯酰胺。本申请的制备方法可以提高生产效率和菌体利用率，快速获得丙烯酰胺，得到的丙烯酰胺易于分离，同时采用普通菌种即可进行生产，避免了菌种筛选的繁琐。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于膜分离工艺的丙烯酰胺制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将菌种用增殖培养基在31～35℃条件下培养，得到菌液；
(2)将菌液和IPTG混合，在26～28℃条件下诱导8～12h，得到腈水合酶发酵液；
(3)将腈水合酶发酵液用膜分离工艺进行浓缩，得到腈水合酶浓缩液；
(4)将腈水合酶浓缩液、磷酸缓冲液和丙烯腈按照1：25～30：3～5的体积比混合，反应后得到丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述菌种为红球菌、诺卡氏菌和假单胞菌中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述增殖培养基由如下重量份的原料制备：胰蛋白酶8～12份、酵母提取物6～8份、葡萄糖3～5份、尿素0.1～0.3份、水970～980份；所述增殖培养基的pH值为7.0～7.4。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述菌液的OD600为0.5～0.7。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述菌液和IPTG混合后IPTG的浓度为0.2～0.3mM。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述膜分离工艺用的膜孔径为0.05～0.08μm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述浓缩时压力为0.4～0.8MPa。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述浓缩后得到的腈水合酶浓缩液的体积为腈水合酶发酵液体积的10～20％。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述反应过程中的温度为27～30℃，反应过程中的pH值为6.9～7.1。
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