收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

PDMS膜生物反应器生物转化制备香草醛研究

冯明  
【摘要】: 香草醛是一种在食品、医药、香精香料和化学合成中应用非常广泛的化合物,尤其是在香料行业有“香料皇后”的美誉。利用生物技术生产的香草醛被称为“生物香草醛”,常用的生物技术手段包括微生物生物转化和酶生物转化。 但是,在一般的生物转化过程中,不管是微生物还是酶,香草醛只是作为中间产物出现,并有产物抑制现象,造成生物香草醛的生产工艺流程较长或者产率较低,而分离提纯过程中大量外源化合物的带入也与法定天然产品生产的要求不相符合。 本文利用实验室自制的硅橡胶(PDMS)复合膜,发挥膜的阻挡、隔离和选择透过性,构建了一套PDMS膜生物反应器来进行生物香草醛的生物转化,把产物的渗透萃取分离与生物转化过程相耦合,解决了香草醛生物转化生产过程中的产物抑制、乳化和分离纯化等问题。 所构建的膜生物反应器有效容积为1L,膜组件为外置式,有效膜面积为0.024m~2,性能评价结果显示,该系统能够以渗透萃取的方式较好地分离提纯香草醛。当料液浓度为1.2%(w/w),温度为30℃,料液和接收液流量分别为120L/h和80L/h时,总的传质系数为1.4027×10~(-3)m/h。 所用的酶是大豆脂氧合酶,酶转化底物是丁香油。首先,从市售的优质大豆中提取出脂氧合酶,在摇瓶实验中评价其活性,初步得出其在香草醛生物转化中的催化性能和初步优化条件。结果表明,在pH无调整和4℃的温度条件下,水浸提取大豆脂氧合酶的方法最合适,活性损失较少,比活力能够达到6.00×10~5U/mL左右。在所有的酶活性影响因素中,温度的影响最大,这充分表明大豆脂氧合酶是温敏性的,要求操作条件尽可能的温和,在不影响膜通量的情况下温度尽量低;同时,大豆脂氧合酶也是一种耐碱不耐酸的酶,要在碱性环境中维持其活性。实验结果得出,在膜生物反应器转化的初始条件为:转化 本文选择活性炭作为添加剂来进一步优化系统的生物转化反应条件。虽然吐温20也可使(异)丁香酚乳化,极大地增加其在水中的分散程度,但其包裹作用在一定程度上又会减少(异)丁香酚与酶的接触机会。而活性炭则不同,其作用机理是将(异)丁香酚吸附在其表面并带入水中,不但能增加在水中的分散度也能增加(异)丁香酚与酶的接触。双氧水能够起到大豆脂氧合酶的活性诱发剂的作用,而对其活性改善作用较小,若是环境中过氧化物过多则会改变酶结构从而影响酶的活性。 与摇瓶实验相比,PDMS膜生物反应器系统在很大程度上消除了产物的抑制和香草醛的氧化损失,丁香油转化率从0.45%提高到1.04%,香草醛在下游萃取液中的最高质量浓度达到了130.10mg/L,远高于摇瓶实验的11.13mg/L;活性炭优化后的转化率为1.09%,下游萃取液最高质量浓度为136.48mg/L,香草醛的纯度(HPLC分析)达到96.77%。 实验证明,基于PDMS复合膜的萃取式膜生物反应器系统不仅能够有效地将生物转化过程与香草醛的分离过程相耦合,还能提高底物的转化效率,降低酶的抑制,下游接收液的成分也非常单一,给香草醛的进一步分离与提纯创造了良好的条件。 但是,从实际应用的角度看,仍然有一些问题存在。例如,酶的失活较快,香草醛提取速率较低,等等。这些问题在未来的进一步工作中可以采用以下方法加以解决:改进反应系统,使酶有更加温和的发酵反应环境;继续优化反应条件,使酶的催化效率达到充分发挥;改进膜器、增大膜面积以增加提取速率。 本文提出了PDMS膜生物反应器以酶为生物催化剂、通过生物转化连续生产具有天然特性的有机化合物的工艺技术系统,其操作特征是上游反应系统的底物连续流加和下游萃取液的更新,连续化操作有助于底物利用的最大化和废液产生的最小化。这个系统有进一步开发研究的价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 安斌;;PDMS在冶金建设的运用[J];硅谷;2008年04期
2 李继定;;PERVAPORATION PROPERTIES OF PDMS MEMBRANES CURED WITH DIFFERENT CROSS-LINKING REAGENTS FOR ETHANOL CONCENTRATION FROM AQUEOUS SOLUTIONS[J];Chinese Journal of Polymer Science;2009年04期
3 李继定;;SEPARATION OF PROPANE FROM PROPANE/NITROGEN MIXTURES USING PDMS COMPOSITE MEMBRANES BY VAPOR PERMEATION[J];Chinese Journal of Polymer Science;2009年05期
4 李继定;;PERVAPORATION SEPARATION OF ETHANOL/WATER MIXTURES WITH CHLOROSILANE MODIFIED SILICALITE-1/PDMS HYBRID MEMBRANES[J];Chinese Journal of Polymer Science;2010年04期
5 ;PDMS Rod-SBSE System Coupled with Gas Chromatography for Determination of PAHs in Aqueous Samples[J];Chemical Research in Chinese Universities;2011年05期
6 刘威;纪树兰;秦振平;牛洪金;刘吉达;;PDMS-b-PPO共聚物的合成及优先透醇性能研究[J];北京工业大学学报;2012年05期
7 邓小波;杨森;张蒙;何明明;刘白玲;;以PDMS为壳体的有机硅改性丙烯酸酯核壳材料的制备及表征[J];化工新型材料;2012年09期
8 李小瑞;王海花;费贵强;;阳离子型PDMS/PU无皂微乳液膜的结构与性能[J];精细化工;2005年12期
9 ;Synthesis and characterization of a novel hydroxypolyether blocked polydimethylsiloxane PEO-b-PDMS-b-PEO[J];Chinese Chemical Letters;2008年10期
10 张琴;;EFFECT OF MOLECULAR WEIGHT OF PDMS ON MORPHOLOGY AND MECHANICAL PROPERTIES OF PP/PDMS BLENDS[J];Chinese Journal of Polymer Science;2009年01期
11 林东杰;丁忠伟;刘丽英;;多组分气体混合物在PDMS膜中渗透过程的模拟[J];膜科学与技术;2013年01期
12 刘鑫;汪静;潘超;曲冰;赵巳茹;王小红;;改性PDMS薄膜的制备及其抗菌性能研究[J];大连海洋大学学报;2013年04期
13 郑重;;PDMS在化工管道设计中的应用[J];中国新技术新产品;2013年20期
14 方世璧;SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF POLYDIMETHYLSILOXANE/POLYSTYRENE SEMIINTERPENETRATING POLYMER NETWORKS[J];Chinese Journal of Polymer Science;1999年06期
15 郁蕉竹;李琳;金鑫;丁玲华;王同华;;PDMS低温热解制备有机/无机膜的研究[J];无机材料学报;2014年02期
16 万金发;;PDMS三维软件在工程设计中的运用[J];钢铁技术;2002年06期
17 王庆红;3D工厂软件—PDMS应用特点[J];化工设备与管道;2003年01期
18 ;Highly Sensitive Chemiluminescence Detection for PDMS/GIass Micro-chip Electrophoresis[J];Chinese Chemical Letters;2004年06期
19 彭福兵,姜忠义;Modeling of Pervaporation Separation Benzene from Dilute Aqueous Solutions Through Polydimethylsiloxane Membranes[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2005年03期
20 刘琼琼;;PDMS对丁苯胶表面性能的影响[J];弹性体;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜英琪;王晓红;邱新平;钟凌燕;白玉霞;刘理天;;PDMS封装技术在硅基微型直接甲醇燃料电池中的应用[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集(二)[C];2005年
2 歐廣順;林奕寬;陳國聲;;PDMS黏彈性質檢測與其在細胞力學上之應用[A];第三届二十一世纪的实验力学学科发展——海峡两岸实验力学研讨会摘要集[C];2009年
3 杨铁宁;李永川;徐庚;徐龙;宋健;刘庆国;;关于PDMS三维模型重量估算的探讨[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
4 张庆;徐静娟;陈洪渊;;微球在PDMS微管道表面的固定化及其应用[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年
5 张娜;田晓溪;陈坤;方芳;吴志勇;;PDMS被动混合芯片的复制[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
6 姜红静;杨永春;;PDMS在核电站管道设计中的应用[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
7 顾敏芬;叶永红;王昉;吴雯婷;梁忠诚;;PDMS的热固化特性研究[A];“国际化学年在中国”——中国化学会第三届全国热分析动力学与热动力学学术会议暨江苏省第三届热分析技术研讨会论文集[C];2011年
8 ;Development of PDMS-based Microfluidic Device for Cell-based Assays[A];第二届全国微全分析系统学术会议论文摘要集[C];2004年
9 蒋小华;黄太安;徐庚;王娴;卫军;宋文文;;利用PDMS软件提升海洋平台配管加工设计质量[A];2012年度海洋工程学术会议论文集[C];2012年
10 关艳霞;戴敬;方肇伦;;PDMS气动微泵的研究[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵小力;基于PDMS的自组装及转移印刷制备微结构的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 王保保;先进制造系统PDMS研究[D];西安电子科技大学;2000年
3 白跃华;PDMS/PS中空纤维复合膜回收催化裂化干气中氢气的实验与理论研究[D];天津大学;2005年
4 石尔;硅橡胶(PDMS)复合膜结构及渗透蒸发应用研究[D];四川大学;2007年
5 孙德;基于PTFE微粉和PDMS材料渗透汽化膜制备及其性能表征[D];华东理工大学;2014年
6 于海霞;基于PDMS微流控芯片的组织液透皮抽取方法及系统研究[D];天津大学;2011年
7 倪君辉;面向微流控系统的PDMS平面微阀微泵研究及应用[D];东华大学;2011年
8 刘威;聚硅氧烷/聚苯醚共聚物膜的制备及其优先透醇性能研究[D];北京工业大学;2014年
9 石卿;超滤膜的仿生构建及抗污染机理的分子水平探索[D];天津大学;2010年
10 贾丽亚;聚二甲基硅氧烷/二氧化硅复合网络及环氧树脂/聚二甲基硅氧烷互穿网络的研究[D];北京化工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李珏瑜;PDMS表面的物理化学共同修饰[D];浙江大学;2012年
2 胡媛媛;PDMS表面生物分子修饰及其在细胞学中的应用[D];浙江大学;2014年
3 赵巳茹;PDMS改性及防污抗菌性研究[D];大连海洋大学;2013年
4 刘小亮;SiO_2-PDMS复合耐腐蚀涂层制备与性能研究[D];浙江大学;2014年
5 童屹;PDMS基多孔皱纹的制备及其应用[D];天津大学;2012年
6 李娜;PDMS/PVDF中空纤维复合膜接触器用于醇/水体系分离的性能研究[D];浙江工业大学;2011年
7 王薇;基于纸和PDMS的便携式检测装置的研究[D];南京大学;2011年
8 孟祥英;PDMS微芯片通道表面修饰方法及其在氨基酸分离分析中的应用研究[D];南昌大学;2012年
9 周传玺;微凸起阵列对PDMS表面摩擦特性的影响研究[D];南京航空航天大学;2012年
10 干桂花;PDMS芯片表面修饰及其在生物分子分离分析中的应用研究[D];南昌大学;2008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