微生物凝聚法生产丙烯酰胺的方法技术

本发明专利技术涉及一种微生物凝聚法生产丙烯酰胺的方法：含有一定量产腈水合酶菌株的发酵液，配以一定量和一定浓度的阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺，鼓泡搅拌，加入浓度为０．３５～０．４５％阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺溶液，加入量为每升发酵液０．４０～０．５克，在温度５～１５℃环境中，鼓泡搅拌，使菌株絮凝成大菌团，将大菌团清洗后放入生物反应器中，加入去离子水，逐步放入丙烯腈溶液，在一定的反应温度和转速下进行催化水合反应，当丙烯酰胺浓度积聚至２６～４０％，丙烯腈浓度下降至０．１％以下时，结束反应，以后不断重复上述步骤。本发明专利技术的设备投资省，能耗低，在同样生产规模情况下，设备投资仅为游离细胞法和海藻酸钠凝胶法设备投资的２０～２５％，能耗仅为上述两种方法能耗的３０％左右。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产丙烯酰胺的方法，特别是涉及一种。二.
技术介绍
众所周知，丙烯酰胺(简称AM)是一类重要的酰胺类化合物，其均聚物和各种共聚物统称聚丙烯酰胺(简称PAM)，具有絮凝、增稠、阻垢和稳定胶体等优良性能，广泛应用于国民经济建设的许多领域，如油田开采的二次采油，或三次采油，作为环保行业的水质净化或各类企业的污水处理剂，作为化学工业的化学灌浆剂，作为纺织工业的纤维改性剂，作为轻工造纸行业的各种造纸助剂，作为农业方面的土壤改良剂等。在国民经济中占有重要地位，号称“百业助剂”。世界各国都对丙烯酰胺AM的研究生产十分重视。在上世纪八十年代，微生物法生产丙烯酰胺AM开发成功、并实现工业化生产，此项技术的工业化生产开发成功，是石油化工骨干产品利用酶催化技术成功的第一范例，具有划时代意义。与化学法生产AM相比，微生物法在原料丙烯腈(简称AN)的转化率、产品质量、三废排放和设备投资等方面，具有明显的优势，倍受人们青睐。因此微生物生产丙烯酰胺AM越来越受到国内外有关企业和科研单位的关注和重视。目前利用微生物生产丙烯酰胺AM的工艺中腈水合酶菌株使用形式主要有三种，其(1)为聚丙烯酰胺包埋法，其(2)为海藻酸钠(钙)凝胶包埋法，其(3)为游离细胞法。第(1)、第(2)两种方法的缺点是固定化细胞与底物的相互作用受到空间位阻大，固定化成本高，凝胶易溶涨，细胞易流失，生产周期长，酶活利用率低等。随着高产腈水合酶的优良菌株选育和大容量发酵设备研制成功，大幅度降低了腈水合酶菌株发酵液生产成本，于是近年来又出现游离细胞法生产丙烯酰胺AM，其实施方法是菌体被悬浮于底物溶液中，使底物水合反应产物较易于通过细胞膜，从而提高了催化反应率。但该方法的发酵液和水合液的分离设备为蝶片离心机或超滤膜(如中空纤维膜、卷式膜等)。这样造成设备投资大，操作费用高，操作过程烦琐，细胞再利用难，同时在催化水合反应过程中，游离细胞裸露在高浓度的丙烯腈溶液中，易中毒失活，高速返混使细胞易损伤，产生细胞碎片等杂质会对后段工序造成影响，造成生产成本高，企业利润率低。三.
技术实现思路
本专利技术的目的是克服当前微生物法生产丙烯酰胺存在的问题，完成。本专利技术采用的技术方案是一种，含有一定量产腈水合酶菌株的发酵液，配以一定量和一定浓度的阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM，空气鼓泡搅拌，在含产腈水合酶菌株的发酵液中，加入浓度为0.35～0.45％阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM溶液，聚丙烯酰胺PAM溶液加入量为每升发酵液加入0.40～0.5克，然后在温度5～15℃环境中，空气鼓泡搅拌，使菌株絮凝成大菌团，将大菌团与培养基残液分离并将大菌团清洗后放入生物反应器中，加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为发酵液原液量的10～20倍，逐步放入丙烯腈溶液，在一定的反应温度和转速下搅拌进行催化水合反应，当丙烯酰胺浓度积聚至26～40％，丙烯腈浓度下降至0.1％以下时，结束反应，以后不断重复上述步骤。在反应釜中，反应温度控制在20～30℃，转速控制在600～1500rpm。大菌团在放入生物反应器之前，用去离子水清洗3～5遍。本专利技术的积极有益效果1.本专利技术将凝聚法直接固定化细胞工艺运用到微生物法丙烯酰胺AM生产中，充分利用阳离子絮凝剂的物理架桥、吸附作用和化学中和电荷作用，来固定产丙烯腈水合酶休眠菌株，菌体被阳离子絮凝剂PAM凝聚包容并结成微团，不仅能有效去除发酵液中的电解质，发酵次级代谢产物和培养基残留杂质，同时可降低产腈水合酶对外部恶劣环境的敏感性，提高生产工艺的稳定性。2.本专利技术生产方法具有操作简单，接触表面积大，反应效率高，生产周期短等优点，可大幅度提高生产效率、细胞的耐受力和酶活半衰期。3.本专利技术的设备投资省，能耗低，在同样生产规模情况下，设备投资仅为游离细胞法和海藻酸钠凝胶法设备投资的20～25％，能耗仅为上述两种方法能耗的30％左右。下面为海藻酸钠凝胶包埋法、游离细胞法和本专利技术的凝聚法三种生产方法的实验比较(一).实验材料和方法1.实验材料(1)菌株产丙烯腈水合酶菌株DH9611，本厂提供；(2)海藻酸钠青岛明月化工公司生产，食品级；(3)聚丙烯酰胺法国SNF公司生产；(4)其余试剂均为市售分析级或化学纯；(5)实验设备102G型气相色谱仪，CJJ—931型四联体磁力搅拌器，针筒造粒器，1000ml间歇式生物反应器，80—2型离心机，XSZ—G型电子显微镜，721型可见光光度计等。2.实验方法(1)游离细胞的制备取发酵液50ml，装入离心管4000rpm离心20min，倾去上清液，加去离子水搅拌后，重新离心，此过程重复3～5遍。(2)海藻酸钠凝胶的制备取1克海藻酸钠和49ml去离子水配成溶液，再加入上步制得的湿菌体，搅拌混均，将混合液加入到针筒造粒器中，向搅拌下的1.5M的无菌BaCl2溶液均匀滴注，2～4℃固化20小时，取出用去离子水清洗3～5遍，制得直径3～4mm的珠型固定化细胞，2～4℃保存备用。(3)凝聚法固定化细胞的制备取50ml发酵液，加入0.35～0.45％浓度的阳离子凝絮剂聚丙烯酰胺PAM0.625ml，空气鼓泡搅拌，使菌株凝成大团，倾去上清液，取出用去离子水清洗3～5遍。(4)催化水合反应将三种方法制得的细胞加入到1000ml反应瓶中，加入去离子水400ml，控制搅拌速度和反应温度，流加丙烯腈AN使丙烯酰胺AM的累积浓度到26～40％，丙烯腈AN浓度降至0.1％以下，计算丙烯酰胺AM的累积速度和累积丙烯酰胺AM量。(5)细胞的回收利用海藻酸钠凝胶包埋法将凝胶颗粒从反应瓶中取出，用去离子水清洗至无丙烯酰胺AM，清洗液倒入水合液，凝胶颗粒重新加入反应器中反应。游离细胞法将水合液倒入离心管离心20min，倾去上清液，用去离子水清洗，再离心，直至清液中无丙烯酰胺AM，清洗液倒入反应液，菌体入反应瓶开始下一次反应。本专利技术的凝聚法加入一定量浓度为0.40％的阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM溶液，鼓泡使菌体重新结成大团，移出菌体絮团并用去离子水清洗至无丙烯酰胺AM，清洗液倒入反应液中，菌体絮团倒入反应瓶中重新反应。(6)丙烯酰胺浓度的测定取1ml过滤后的反应液加入离心管中，6000rpm离心10min，用精密移液枪取0.5ml反应上清液与0.5ml 40.000g/l的乙酰胺混合，振荡均匀，在气相色谱仪上分析丙烯酰胺的生成量。(二)结果与讨论1.三种固定化细胞最佳反应条件的确定及批式反应的批次、产率和产量对比使用同一批次的发酵液，经处理后进行催化水合反应，确定最佳反应条件并统计三种细胞的丙烯酰胺AM累积速率和累积量，由表一可以说明凝聚法具有良好的操作稳定性和较长的使用寿命。表一三种细胞批式催化水合反应产率和产量对照表 25.三种细胞催化水合反应生产丙烯酰胺AM成本分析(规模按万吨计，产量按折纯计)见下表三 综上所述，通过添加阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM直接固定产腈水合酶休眠菌株，使之絮结成微团，然后催化丙烯腈AN进行催化水合反应生成丙烯酰胺AM，与海藻酸钠包埋法和游离细胞法相比较，具有操作简单，反应效率高，稳定性好，投资少，成本低等特点。四.具体实施例方式实施例一取50ml含产腈水合酶菌株的发酵液，加入配制好的0.35％浓度的阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺PAM溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物凝聚法生产丙烯酰胺的方法，含有一定量产腈水合酶菌株的发酵液，配以一定量和一定浓度的阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺ＰＡＭ，空气鼓泡搅拌，其特征是：在含产腈水合酶菌株的发酵液中，加入浓度为０．３５～０．４５％阳离子絮凝剂聚丙烯酰胺ＰＡＭ溶液，聚丙烯酰胺ＰＡＭ溶液加入量为每升发酵液加入０．４０～０．５０克，然后在温度５～１５℃环境中，空气鼓泡搅拌，使菌株絮凝成大菌团，将大菌团与培养基残液分离并将大菌团清洗后放入生物反应器中，加入一定量的去离子水，去离子水的加入量为发酵液原液量的１０～２０倍，逐步放入丙烯腈溶液，在一定的反应温度和转速下搅拌进行催化水合反应，当丙烯酰胺浓度积聚至２６～４０％，丙烯腈浓度下降至０．１％以下时，结束反应，以后不断重复上述步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡军，时敏江，
申请(专利权)人：焦作多生多化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]