收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原反应的研究

徐玉  
【摘要】:对映体纯手性醇具有巨大的应用前景,如(S)-3-氯苯丙醇是合成抗抑郁手性药物托莫西汀、氟西汀和尼索西汀的重要手性砌块。目前,由3-氯苯丙酮不对称还原制备(S)-3-氯苯丙醇的方法主要有化学催化法和生物催化法两种,与前者相比,生物催化法具有许多明显的优势,如反应条件比较温和、立体选择性高、反应效率高等。与游离酶相比,采用微生物全细胞作为催化剂不需要进一步纯化酶以及添加昂贵的辅酶。除此之外,固定化细胞在一定程度上可重复使用,易与反应液分开,进而可降低生产成本,简化生产工艺。迄今,国内外有关生物催化法制备(S)-3-氯苯丙醇的研究报道不多,且结果均不太理想。因此,本论文主要对比研究了不同反应介质[尤其是含深度共熔溶剂(deepeutectic solvents, DESs)介质]中固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原生成(S)-3-氯苯丙醇的反应特性,并系统探讨各相关因素对该反应的影响规律,考察固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞的操作稳定性及其催化3-氯苯丙酮不对称还原反应的放大,建立高效、高选择性地合成对映体纯(S)-3-氯苯丙醇的生物催化反应体系。 在供试的14株微生物菌株中,本课题组从“中华开菲尔菌粒(China kefir)”分离纯化得到的醋酸杆菌Acetobacter sp. CCTCC M209061能高效、高选择性地催化3-氯苯丙酮不对称还原成(S)-3-氯苯丙醇,且获得较高的产率及产物的e.e.值。采用聚乙烯醇与海藻酸钠的混合载体对醋酸杆菌细胞进行固定化所得的固定化细胞的稳定性(热稳定性、pH稳定性及操作稳定性)均明显优于游离细胞,且其催化3-氯苯丙酮不对称还原成(S)-3-氯苯丙醇的产率与游离细胞相当(82.9%vs83.9%),产物的e.e.值为99.0%以上,故选用固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞作为制备(S)-3-氯苯丙醇的生物催化剂。 在水相体系中,固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原成(S)-3-氯苯丙醇的最适辅底物及其浓度、缓冲液pH值、反应温度和底物浓度分别为50mmol/L葡萄糖、5.5、30°C和3.0mmol/L;在最适条件下,该不对称还原反应的反应初速度、产率以及产物的e.e.值分别为1.77mM/h,88.9%和99.0%以上。在水相中进行该反应,底物浓度较低,且存在较明显的产物抑制。 针对水相体系中存在的问题,本论文尝试在缓冲液反应体系中添加一种生物相容性更好的且类似于离子液体的新型绿色反应介质深度共熔溶剂(DESs)。在所研究的7种深度共熔溶剂中,[ChCl][U]对Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞的生物相容性最好,且在含[ChCl][U]的介质中,固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原的结果最好。[ChCl][U]在反应体系中的体积含量对该反应有明显影响,当[ChCl][U]的含量为5%时,该反应的产率及反应初速度均达到最大。该反应的最适辅底物浓度、底物浓度、缓冲液pH以及反应温度依次为60.0mmol/L、10.0mmol/L、5.5以及30°C;在此条件下,该反应的反应初速度、产率以及产物e.e.值分别为3.08mM/h、82.3%以及99.0%。与缓冲液体系相比,含5%[ChCl][U]的反应体系可明显提高反应效率(3.08mM/h vs1.77mM/h)。最后,将该反应规模扩大至500mL时,该反应初速度为3.05mM/h,分离纯化得到(S)-3-氯苯丙醇的产率为81.8%,产物的e.e.值大于99.0%。 在缓冲液反应体系中添加[ChCl][U]后虽可提高反应效率,但由于产物的抑制作用强导致最适底物浓度仍较低。因此,进一步在缓冲液中加入不同有机溶剂或疏水性离子液体来萃取水相中的底物和产物,以期提高该反应的最适底物浓度。结果显示不同第二相对固定化Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原成(S)-3-氯苯丙醇的影响差异较大,其中C4MIM·PF6对Acetobacter sp. CCTCC M209061细胞的生物相容性最好。当C4MIM·PF6的体积百分比为20%时,该反应效率最佳。在C4MIM·PF6/缓冲液双相体系中该反应的最适辅底物及其浓度、底物浓度以及缓冲液pH分别为70.0mmol/L葡萄糖、16.0mmol/L以及4.5;在此条件下,该反应的反应初速度、产率以及产物e.e.值分别为1.50mM/h、89.9%和99.0%以上。因此,与缓冲液体系相比,C4MIM·PF6/缓冲液双相体系更适合作为该反应的反应体系。同时,探讨了在C4MIM·PF6/缓冲液双相反应体系中添加[ChCl][U]后对该反应的影响,结果表明,[ChCl][U]的添加虽没有显著地增加该反应的最适底物浓度(18.0mmol/L vs16.0mmol/L),但可明显提高反应初速度(3.02mM/h vs1.50mM/h),从而提高反应效率。 在以上所考察的主要三种反应体系中,该生物催化剂在含5%[ChCl][U]的缓冲液以及C4MIM·PF6/缓冲液双相体系中操作稳定性均高于水相体系中的结果,反应五个批次后仍然保留了约80.0%的相对活性,而水相体系中的对应值仅为50.0%。 本研究不仅有助于丰富在含深度共熔溶剂介质中生物催化的理论基础,而且还为高效制备(S)-3-氯苯丙醇提供了一条新途径。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 余晓斌,卞玉荣,全文海;Acetobacter xylinum生产纤维素的最适培养基成分[J];生物技术;1999年03期
2 殷智超;马波;朱春林;孙东平;;Acetobacter xylinum NUST4.2摇瓶发酵细菌纤维素的动力学研究[J];皖西学院学报;2011年05期
3 徐玉;王晓婷;娄文勇;宗敏华;;含水有机溶剂体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化乙酰乙酸乙酯不对称还原反应[J];现代食品科技;2014年07期
4 周伶俐;孙东平;吴清杭;杨树林;;Acetobacter xylinum NUST4合成细菌纤维素发酵条件的优化[J];微生物学通报;2005年06期
5 任广呜;提高转化糖溶液中果糖对葡萄糖的比率[J];食品工业科技;1981年02期
6 程景;娄文勇;宗敏华;;有机溶剂/缓冲液双相体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇不对称氧化反应[J];高等学校化学学报;2014年07期
7 Chun-tao Chen;Yang Huang;Chun-lin Zhu;Ying Nie;Jia-zhi Yang;孙东平;;Synthesis and Characterization of Hydroxypropyl Cellulose from Bacterial Cellulose[J];Chinese Journal of Polymer Science;2014年04期
8 孙东平;周伶俐;杨加志;马波;朱春林;刘长生;;Acetobacter xylinum NUST4.2摇瓶培养高产细菌纤维素及应用研究[J];化学与生物工程;2008年07期
9 许燕娜;张剑恩;黎嘉惠;蔡兴蓉;黄娆勤;吴晖;刘冬梅;;Acetobacter xylinum CGMCC5173发酵生产细菌纤维素的条件优化[J];现代食品科技;2012年11期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 仲崇斌;程国华;张忠泽;;维生素C二步发酵的新组合菌系[A];中国生物化学与分子生物学会第八届会员代表大会暨全国学术会议论文摘要集[C];2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 程景;固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇动力学拆分的研究[D];华南理工大学;2014年
2 吴清杭;Acetobacter xylinum NUST4.2产纤维素的研究[D];南京理工大学;2005年
3 王晓婷;固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化乙酰乙酸乙酯不对称还原反应的研究[D];华南理工大学;2013年
4 徐玉;固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化3-氯苯丙酮不对称还原反应的研究[D];华南理工大学;2014年
5 吴金鑫;催化合成3-羟基丙酸菌株的筛选及其催化研究[D];江南大学;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978