【技术实现步骤摘要】
本申请属于反应组分监控，特别是涉及酶促生产过程中组分变化模型的建模方法。
技术介绍
1、酰胺类物质是一种重要的有机化学原料，其多功能性和化学特性使其在化工、医药、材料科学、农业和环保等多个领域中都具有广泛的应用前景。使用生物催化法尤其是含腈水合酶的游离红球菌细胞生产酰胺类物质，具有环境友好、底物选择性高、反应条件温和、产物纯度高以及可持续性和可再生性等优势，是目前工业上生产酰胺类物质主要采用的方法。然而，在游离细胞催化生产酰胺类物质的反应过程中存在一些挑战和问题。首先，未溶解的腈类物质可能破坏细胞膜，对细胞活力造成不良影响，可能导致酶不可逆地失活。此外，高浓度的酰胺类物质对酶的活性中心有显著抑制作用。因此，在腈类物质水合反应中，需要控制腈类物质的浓度、同时监控酰胺类物质的浓度以确保细胞完整性和酶的稳定性。
2、传统的反应监测和控制方法存在一些限制。常用的气相色谱法需要离线取样和复杂的样品前处理过程，操作不便，且检测时间长。腈类物质水合反应速率快，传统检测方法存在时间延后性，检测结果无法代表当下反应器中各组分含量，导致控制也存在延后性，可能会导致釜内催化剂的不可逆失活。因此，开发一种快速、准确、实时的方法来监测腈类物质水合过程中腈类物质和酰胺类物质的浓度变化，并实现对反应过程的调控具有重要意义。
技术实现思路
1、近红外光谱分析技术作为一种无损、非破坏性的分析方法，具有快速、实时监测的优势，并且可实现对多种化合物浓度的预测。因此，本申请利用近红外光谱分析技术来建立腈类物质
2、本申请具体技术方案如下：
3、1.一种用于监测腈类物质水合催化生产酰胺类物质过程中底物和产物含量变化的建模方法，其中，所述方法包括：
4、在反应釜中配制初始反应液；
5、向所述反应釜中加入腈类物质，所述腈类物质在所述初始反应液的作用下开始进行水合催化反应；
6、预设采样时刻，当反应到达所述采样时刻时，从所述反应釜中抽取反应液，并同时采集反应釜内反应液的近红外光谱图，采样结束后，对所述抽取的反应液进行处理，从而得到在所述采样时刻时的所述反应釜中的底物和产物的含量；
7、通过所述反应液中的底物和产物的含量和所述近红外光谱图构建反映腈类物质水合催化生产酰胺类物质过程中底物和产物的含量的定量近红外光谱模型。
8、2.根据项1所述的方法，其中，所述腈类物质选自丙烯腈、3-氰基吡啶、2，6-二氟苯腈、对羟基苯甲腈、对羟基苯乙腈、2-氰基吡嗪、2-氯-3-氰基吡啶、苯乙腈、对硝基苯甲腈、3，6-二氟吡嗪-2-甲腈、2-羟基-4-甲硫基丁腈、1-氰基环己基乙腈、甲基丙烯腈、氨基乙腈、α-氨基丙腈、已二腈或异丁腈的一种或两种以上。
9、3.根据项1所述的方法，其中，所述酰胺类物质选自丙烯酰胺、烟酰胺、2，6-二氟苯甲酰胺、对羟基苯甲酰胺、对羟基苯乙酰胺、2-氯烟酰胺、吡嗪酰胺、苯乙酰胺、对硝基苯甲酰胺、3，6-二氟吡嗪-2-甲酰胺、2-羟基-4-甲硫基丁酰胺、1-氰基环己基乙酰胺、甲基丙烯酰胺、氨基乙酰胺、α-氨基丙酰胺、5-氰基戊酰胺或异丁酰胺的一种或两种以上。
10、4.根据项1所述的方法，其中，所述初始反应液包括可产生腈水合酶的菌液；
11、所述菌液选自红球菌、大肠杆菌、诺卡氏菌的一种或两种以上，优选地，所述菌液为红球菌的菌液；
12、进一步优选所述菌液的腈水合酶的酶活性为10-6000u/ml。
13、5.根据项1所述的方法，其中，当所述反应釜内的酰胺类的质量分数达到mm时，停止从所述反应釜中抽取反应液，并将该时刻定义为采样终止时刻；mm满足如下公式：
14、
15、mm为20％-60％，其中m底物是添加到反应釜中腈类物质的总质量，m初是初始反应液的质量，x为产物与底物摩尔质量比，x丙烯酰胺＝m丙烯酰胺/m丙烯腈＝1.3386，x烟酰胺＝m烟酰胺/m3-氰基吡啶＝1.1730。
16、6.根据项5所述的方法，其中，在所述采样终止时刻之前预设n个采样时刻，当反应到达每个所述采样时刻时，从所述反应釜中抽取反应液，并同时采集反应釜内反应液的近红外光谱，每次采样结束后，对抽取的所述反应液进行处理，从而得到在每个所述采样时刻时的所述反应釜中的底物和产物的含量。
17、7.根据项1所述的方法，其中，对所述采集反应釜内反应液的近红外光谱图的条件包括：
18、探头狭缝处于液面以下，使反应液可填满近红透射光纤探头；
19、反应温度为15℃-45℃；
20、采集方式为透射分析模式；
21、波数区间12000～4000cm-1，分辨率为8cm-1或16cm-1，扫描次数8-100次。
22、8.根据项1-7任一项所述的方法，其中，对所述抽取的反应液进行处理包括：
23、将所述抽取的反应液与用于能使所述反应液中的反应停止的终止液混合得到混合液一，然后进行离心取所述混合液一的上清液与内标物溶液或溶剂混合，得到混合液二，将所述混合液二进行气相色谱或液相色谱检测，从而得到所述反应釜中的底物和产物的含量。
24、9.根据项8所述的方法，其中，所述抽取的反应液与内标物溶液的配比为1:1-5:1。
25、10.根据项8所述的方法，其中，所述内标物为乙酰胺溶液、丙烯醛溶液、丙烯腈-d3溶液中的一种或两种以上。
26、11.根据项10所述的方法，优选内标物为乙酰胺溶液，所述乙酰胺溶液的浓度为0.4％-4％。
27、12、根据项8所述的方法，其中，所述溶剂选自甲醇与水的混合溶剂、dmso与水的混合溶剂、乙酸乙酯、dmf与水的混合溶剂或乙腈与水的混合溶剂中的一种。
28、13.根据项1所述的方法，其中，在通过所述反应液中的底物和产物的含量和所述近红外光谱图构建反映腈类物质水合催化生产酰胺类物质过程中底物和产物的含量的定量近红外光谱模型之前，还包括对所述近红外光谱图进行预处理的步骤，
29、所述预处理包括一阶求导、savitzky-golay滤波、norris derivative滤波中的任意一种或两种或三种。
30、14.根据项13所述的方法，其中，采用偏最小二乘回归方法建立反映腈类物质水合催化生产酰胺类物质过程中底物和产物的含量和近红外光谱数据的用于定量腈类物质和酰胺类物质浓度的近红外光谱模型。
31、15.根据项14所述的方法，其中，当所述腈类物质为丙烯腈，所述酰胺类物质为丙烯酰胺时，所述用于定量腈类物质和酰胺类物质浓度的近红外光谱模型包括用于定量丙烯腈浓度的近红外光谱模型和用于定量丙烯酰胺浓度的近红外光谱模型。
32、16.根据项15所述的方法，其中，所述用于定量丙烯腈浓度的近红外光谱模型为：
33、当预处理方法为s-g，选取光谱波段本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于监测腈类物质水合催化生产酰胺类物质过程中底物和产物含量变化的建模方法，其中，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腈类物质选自丙烯腈、3-氰基吡啶、2，6-二氟苯腈、对羟基苯甲腈、对羟基苯乙腈、2-氰基吡嗪、2-氯-3-氰基吡啶、苯乙腈、对硝基苯甲腈、3，6-二氟吡嗪-2-甲腈、2-羟基-4-甲硫基丁腈、1-氰基环己基乙腈、甲基丙烯腈、氨基乙腈、α-氨基丙腈、已二腈或异丁腈的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酰胺类物质选自丙烯酰胺、烟酰胺、2，6-二氟苯甲酰胺、对羟基苯甲酰胺、对羟基苯乙酰胺、2-氯烟酰胺、吡嗪酰胺、苯乙酰胺、对硝基苯甲酰胺、3，6-二氟吡嗪-2-甲酰胺、2-羟基-4-甲硫基丁酰胺、1-氰基环己基乙酰胺、甲基丙烯酰胺、氨基乙酰胺、α-氨基丙酰胺、5-氰基戊酰胺或异丁酰胺的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始反应液包括可产生腈水合酶的菌液；
5.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述反应釜内的酰胺类物质的质量分数达到mM时，停止从所述反应釜
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述采样终止时刻之前预设n个采样时刻，当反应到达每个所述采样时刻时，从所述反应釜中抽取反应液，并同时采集反应釜内反应液的近红外光谱，每次采样结束后，对抽取的所述反应液进行处理，从而得到在每个所述采样时刻时的所述反应釜中的底物和产物的含量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述采集反应釜内反应液的近红外光谱图的条件包括：
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，对所述抽取的反应液进行处理包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述抽取的反应液与内标物溶液的配比为1:1-5:1。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述内标物为乙酰胺溶液、丙烯醛溶液、丙烯腈-D3溶液中的一种或两种以上。
...【技术特征摘要】
1.一种用于监测腈类物质水合催化生产酰胺类物质过程中底物和产物含量变化的建模方法，其中，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述腈类物质选自丙烯腈、3-氰基吡啶、2，6-二氟苯腈、对羟基苯甲腈、对羟基苯乙腈、2-氰基吡嗪、2-氯-3-氰基吡啶、苯乙腈、对硝基苯甲腈、3，6-二氟吡嗪-2-甲腈、2-羟基-4-甲硫基丁腈、1-氰基环己基乙腈、甲基丙烯腈、氨基乙腈、α-氨基丙腈、已二腈或异丁腈的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酰胺类物质选自丙烯酰胺、烟酰胺、2，6-二氟苯甲酰胺、对羟基苯甲酰胺、对羟基苯乙酰胺、2-氯烟酰胺、吡嗪酰胺、苯乙酰胺、对硝基苯甲酰胺、3，6-二氟吡嗪-2-甲酰胺、2-羟基-4-甲硫基丁酰胺、1-氰基环己基乙酰胺、甲基丙烯酰胺、氨基乙酰胺、α-氨基丙酰胺、5-氰基戊酰胺或异丁酰胺的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始反应液包括可产生腈水合酶的菌液；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：端木勉，李楠楠，赵明，韩利萱，王苗苗，陈博，
申请(专利权)人：北京衍微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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