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酶催化合成7-ADCA及动力学研究

巴利民  
【摘要】:7-氨基-3-去乙酰氧基头孢烷酸(简称7-ADCA)是一种用来合成头孢氨苄、头孢拉定、头孢克罗、头孢他美酯和头孢羟氨苄等头孢类抗菌素的重要中间体。这些药物都是市场上用量较大的抗生素。因此提高7-ADCA的产量、降低生产成本对生产该类抗生素是非常有必要的,并且此项研究在国内也是有很大前景的。本文以扩环酸为底物,利用固定化青霉素酰化酶来催化裂解合成7-ADCA,并考察了反应的最佳工艺条件及各种动力学参数;同时本实验尝试使用流化床、固定床反应器进行反应,以期减少反应中对固定化酶的机械损伤,提高酶的使用寿命,降低成本。 首先,本文考察了反应的最佳工艺条件及各种动力学参数,实验结果表明,固定化青霉素酰化酶水解头孢G酸的最适pH值为8.0、最适温度为333K;在309K以下,pH6.0~11.0范围内固定化酶活力比较稳定,可以稳定保存。在pH8.0、温度3.10K时,搅拌式反应器中固定化,酶水解头孢G酸反应的米氏常数、最大反应速度、底物抑制常数分别为:K_m=9.6503mmol/L、V_m=0.9024mmol/min·L、K_s=256.2 mmol/L;底物浓度在4.5%以上时会产生明显的底物抑制作用。已知水解产物苯乙酸和7-ADCA对酶均有抑制作用,其中苯乙酸为非竞争性抑制,7-ADCA为竞争性抑制,在本实验范围内,7-ADCA的抑制作用很小,认为苯乙酸起主要产物抑制作用。同时本实验也对固定化青霉素酰化酶的催化机理进行了初步的探讨,认为该酶的催化原理与酶的三维结构的改变和空间位阻效应有关。 另外,通过对柱式反应器的研究发现,在柱式反应器中,固定床反应器比流化床效果要好,与搅拌式比较,固定床反应器能耗小,且更主要的是对固定化酶的损伤比较小,固定床的反应速率又比较高,所以该反应器有望在工业中投入使用,以降低成本。搅拌反应器体系,最佳酶与底物的比值大于15,柱式反应器体系,最佳酶与底物的比值大于10。


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