CN116926138A - 一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及微生物的技术领域，具体公开了一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺。一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，包括以下步骤：制备发酵液：先将菌种加入到种子培养基中进行培养，得到种子液；接着再将种子液加入到发酵培养基中进行发酵，得到发酵液；催化剂制备，向发酵液中加入海藻酸钠和卡拉胶，搅拌均匀，得到混合液，再将混合液加入到氯化钙溶液中，静置反应，过滤，洗涤，得到催化剂；水合，将丙烯晴加入水中，再加入催化剂，得到反应液，进行水合反应，得到丙烯酰胺水合液；过滤：将丙烯酰胺水合液进行过滤，得到粗品；精制：将粗品精制，得到精品；提浓：将精品提浓，得到成品。
Description
技术领域
本申请涉及微生物的技术领域，尤其是涉及一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺。
背景技术
丙烯酰胺作为一种含烯键且精细度较高的有机化工原料，在化工领域中具有十分重要的应用性，在工业领域内的应用大多数是用来加工合成丙烯酰胺的均聚物和共聚物。通常丙烯酰胺的制备方法有硫酸催化水合法、铜系催化剂催化水合法和微生物酶催化水合法，其中微生物酶催化水合法在常温常压条件下反应，耗能低，产品纯度高，从而现在被广泛使用，但是微生物酶催化水合法中，当丙烯晴和水反应后，不易于从催化液中分离，从而会影响最终产品的产率。
发明内容
为了提高制得产品的产率，本申请提供一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺。
本申请提供的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，采用如下的技术方案：
一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，包括以下步骤：
制备发酵液：先将菌种加入到种子培养基中进行培养，得到种子液；接着再将种子液加入到发酵培养基中进行发酵，得到发酵液；
催化剂制备，向发酵液中加入海藻酸钠和卡拉胶，搅拌均匀，得到混合液，再将混合液加入到氯化钙溶液中，静置反应，过滤，洗涤，得到催化剂；
水合，将丙烯晴加入水中，再加入催化剂，得到反应液，进行水合反应，得到丙烯酰胺水合液；
过滤：将丙烯酰胺水合液进行过滤，得到粗品；
精制：将粗品精制，得到精品；
提浓：将精品提浓，得到成品。
通过采用上述技术方案，在氯化钙的作用下，利用海藻酸钠和卡拉胶的配合，对生物酶进行包裹，得到固态化的催化剂，从而在水合反应后，方便从丙烯酰胺水合液中分离，从而提高了制得产品的产率。
在一个具体的可实施方案中，所述种子培养基的原料包括如下重量份的组分：水90～110份、葡萄糖0.5～1.5份、酵母膏0.1～0.5份、蛋白胨0.1～0.3份、磷酸氢二甲0.1～0.3份、无水硫酸镁0.1～0.3份。
在一个具体的可实施方案中，所述制备发酵液步骤中，先将菌种加入到种子培养基中，在23-33℃下进行培养40-60h，得到种子液。
在一个具体的可实施方案中，所述发酵培养基的原料包括如下重量份的组分：水90～110份、葡萄糖1～3份、酵母膏0.1～1份、尿素0.5～1份、谷氨酸钠0.1～0.3份、磷酸二氢钾0.01～0.1份、磷酸氢二甲0.01～0.1份、无水硫酸镁0.01～0.03份。
在一个具体的可实施方案中，所述制备发酵液步骤中，将种子液加入到发酵培养基中，在23-33℃下进行发酵50-70h，得到发酵液。
通过采用上述技术方案，本申请中进一步限定了菌种培养发酵的温度和时间，可以进一步提高制得生物酶的生物活性，从而可以提高丙烯晴水合反应的效果，因此提高了制得产品的产率。
在一个具体的可实施方案中，所述混合液中，所述卡拉胶、所述海藻酸钠、所述发酵液的重量比为1：(3-5)：(130-150)。
通过采用上述技术方案，本申请中进一步限定了卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的配比，从而使得生物酶可以被更好的进行包裹，从而提高了制得催化剂的催化效果。
在一个具体的可实施方案中，所述精制步骤为：先利用大孔型树脂D71对粗品进行离子交换，再利用大孔型树脂D213进行二次离子交换，得到净品。
通过采用上述技术方案，大孔型树脂D71、大孔型树脂D213的孔隙大，内部比表面积大，具有较好的吸附效果，可以清除粗品中的杂质，从而提高了制得产品的纯度。
在一个具体的可实施方案中，所述水合步骤中，所述催化剂在所述反应液中的质量浓度为20-25％。
通过采用上述技术方案，本申请中进一步限定了催化剂的添加量，使得丙烯晴可以完全进行水合反应，因此提高了制得产品的产率。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请中在氯化钙的作用下，利用海藻酸钠和卡拉胶的配合，对生物酶进行包裹，得到固态化的催化剂，从而在水合反应后，方便从丙烯酰胺水合液中分离，从而提高了制得产品的产率；
2.本申请中本申请中进一步限定了菌种培养发酵的温度和时间，可以进一步提高制得生物酶的生物活性，从而可以提高丙烯晴水合反应的效果，因此提高了制得产品的产率；
3.本申请中大孔型树脂D71、大孔型树脂D213孔隙大，内部比表面积大，具有较好的吸附效果，可以清除粗品中的杂质，从而提高了制得产品的纯度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例中所有原料均可通过市售获得。其中诺卡氏菌由深圳市一米生物技术有限公司提供。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，包括以下步骤：
制备发酵液：在50rpm的搅拌速度下，先将菌种加入到种子培养基中，然后在100rpm、0.05MP、23℃下进行培养60h，得到种子液；接着再将种子液加入到发酵培养基中，在100rpm、0.05MP、23℃下进行发酵70h，得到发酵液；其中菌种为诺卡氏菌；种子液与发酵培养基的重量比为1：12；种子培养基包括如下组分：水100kg、葡萄糖1kg、酵母膏0.3kg、蛋白胨0.2kg、磷酸氢二甲0.2kg、无水硫酸镁0.2kg，pH＝7.2；发酵培养基包括如下组分：水100kg、葡萄糖2kg、酵母膏0.5kg、尿素0.8kg、谷氨酸钠0.2kg、磷酸二氢钾0.05kg、磷酸氢二甲0.05kg、无水硫酸镁0.02kg，pH＝7.5；
催化剂制备，向发酵液中加入海藻酸钠和卡拉胶，搅拌均匀，得到混合液，再将混合液加入到氯化钙溶液中，静置反应12h，过滤，洗涤，得到催化剂；其中卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的重量比为1：2：120；
水合，将丙烯晴加入水中，再加入催化剂，得到反应液，进行水合反应，得到丙烯酰胺水合液；其中催化剂在反应液中的质量浓度为20％。
过滤：将丙烯酰胺水合液进行超滤膜过滤，得到粗品；
精制：先利用大孔型树脂D71对粗品进行离子交换，再利用大孔型树脂D213进行二次离子交换，得到精品：
提浓：将精品提浓，得到成品。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，制备发酵液步骤中，在50rpm的搅拌速度下，先将菌种加入到种子培养基中，然后在100rpm、0.05MP、28℃下进行培养50h，得到种子液；其余步骤与实施例1相一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，制备发酵液步骤中，在50rpm的搅拌速度下，先将菌种加入到种子培养基中，然后在100rpm、0.05MP、33℃下进行培养40h，得到种子液；其余步骤与实施例1相一致。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于，制备发酵液步骤中，将种子液加入到发酵培养基中，在100rpm、0.05MP、28℃下进行发酵60h，得到发酵液；其余步骤与实施例2相一致。
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于，制备发酵液步骤中，将种子液加入到发酵培养基中，在100rpm、0.05MP、33℃下进行发酵50h，得到发酵液；其余步骤与实施例2相一致。
实施例6
实施例6与实施例4的区别在于，混合液中卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的重量比为1：3：130；其余步骤与实施例4相一致。
实施例7
实施例7与实施例4的区别在于，混合液中卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的重量比为1：4：140；其余步骤与实施例4相一致。
实施例8
实施例8与实施例4的区别在于，混合液中卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的重量比为1：5：150；其余步骤与实施例4相一致。
实施例9
实施例9与实施例4的区别在于，混合液中卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的重量比为1：6：160；其余步骤与实施例4相一致。
实施例10
实施例10与实施例7的区别在于，水合步骤中，催化剂在反应液中的质量浓度为22.5％；其余步骤与实施例7相一致。
实施例11
实施例11与实施例7的区别在于，水合步骤中，催化剂在反应液中的质量浓度为25％；其余步骤与实施例7相一致。
对比例
对比例1
对比例1提供了一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，包括以下步骤：
制备发酵液：在50rpm的搅拌速度下，先将菌种加入到种子培养基中，然后在100rpm、0.05MP、23℃下进行培养60h，得到种子液；接着再将种子液加入到发酵培养基中，在100rpm、0.05MP、23℃下进行发酵70h，得到发酵液；其中菌种为诺卡氏菌；种子液与发酵培养基的重量比为1：12；种子培养基包括如下组分：水100kg、葡萄糖1kg、酵母膏0.3kg、蛋白胨0.2kg、磷酸氢二甲0.2kg、无水硫酸镁0.2kg，pH＝7.2；发酵培养基包括如下组分：水100kg、葡萄糖2kg、酵母膏0.5kg、尿素0.8kg、谷氨酸钠0.2kg、磷酸二氢钾0.05kg、磷酸氢二甲0.05kg、无水硫酸镁0.02kg，pH＝7.5；
催化剂制备，将发酵液离心分离，分层，去除上层清液，得到催化剂；
水合，将丙烯晴加入水中，再加入催化剂，得到反应液，进行水合反应，得到丙烯酰胺水合液；其中催化剂在反应液中的质量浓度为20％。
过滤：将丙烯酰胺水合液进行超滤膜过滤，得到粗品；
精制：先利用大孔型树脂D71对粗品进行离子交换，再利用大孔型树脂D213进行二次离子交换，得到精品：
提浓：将精品提浓，得到成品。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，催化剂制备步骤中，向发酵液中加入海藻酸钠，搅拌均匀，得到混合液，再将混合液加入到氯化钙溶液中，静置反应12h，过滤，洗涤，得到催化剂；其中海藻酸钠与发酵液的重量比为1：60；其余步骤与实施例1相一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，催化剂制备步骤中，向发酵液中加入卡拉胶，搅拌均匀，得到混合液，再将混合液加入到氯化钙溶液中，静置反应12h，过滤，洗涤，得到催化剂；其中卡拉胶、发酵液的重量比为1：120；其余步骤与实施例1相一致。
性能检测试验产率：记成品中丙烯酰胺的重量为a，加入丙烯晴理论可以产出丙烯酰胺的重量为b，产率＝a/b*100％。
表1成品的性能检测结果
结合实施例1和对比例1-3，实施例1中产品的产率远高于对比例1-3，可见在制备催化剂时，向发酵液中加入海藻酸钠和卡拉胶，且在氯化钙的作用下，海藻酸钠和卡拉胶对菌种生成的生物酶进行包裹，从而在水合反应后，方便催化剂的分离，因此提高了制得产品的产率。
结合实施例1-3，实施例2中产品的产率最高，可见在利用种子培养基对菌种进行培养时，实施例2中培养的条件最优，可以提高生成生物酶的活性，因此提高了制得产品的产率。
结合实施例2、实施例4和实施例5，实施例4中产品的产率最高，可见在利用发酵培养基对种子液进行发酵时，实施例4中发酵的条件最优，提高了生成生物酶的活性，因此提高了制得产品的产率。
结合实施例4和实施例6-9，实施例6-8中产品的产率较高，可见在制备催化剂时，混合液中卡拉胶、海藻酸钠、发酵液的配比优选为1：(3-5)：(130-150)，可以使得生物酶被更好的包裹，从而提高了制得催化剂的催化效果，因此提高了制得产品的产率。
结合实施例7、实施例10和实施例11，实施例10中产品的产率最高，可见在丙烯晴水合反应时，提高催化剂的加入量，制得产品的产率呈现先上升后下降的趋势。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
制备发酵液：先将菌种加入到种子培养基中进行培养，得到种子液；接着再将种子液加入到发酵培养基中进行发酵，得到发酵液；
催化剂制备，向发酵液中加入海藻酸钠和卡拉胶，搅拌均匀，得到混合液，再将混合液加入到氯化钙溶液中，静置反应，过滤，洗涤，得到催化剂；
水合，将丙烯晴加入水中，再加入催化剂，得到反应液，进行水合反应，得到丙烯酰胺水合液；
过滤：将丙烯酰胺水合液进行过滤，得到粗品；
精制：将粗品精制，得到精品；
提浓：将精品提浓，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述种子培养基的原料包括如下重量份的组分：水90~110份、葡萄糖0.5~1.5份、酵母膏0.1~0.5份、蛋白胨0.1~0.3份、磷酸氢二甲0.1~0.3份、无水硫酸镁0.1~0.3份。
3.根据权利要求2所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述制备发酵液步骤中，先将菌种加入到种子培养基中，在23-33℃下进行培养40-60h，得到种子液。
4.根据权利要求3所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述发酵培养基的原料包括如下重量份的组分：水90~110份、葡萄糖1~3份、酵母膏0.1~1份、尿素0.5~1份、谷氨酸钠0.1~0.3份、磷酸二氢钾0.01~0.1份、磷酸氢二甲0.01~0.1份、无水硫酸镁0.01~0.03份。
5.根据权利要求4所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述制备发酵液步骤中，将种子液加入到发酵培养基中，在23-33℃下进行发酵50-70h，得到发酵液。
6.根据权利要求1所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述混合液中，所述卡拉胶、所述海藻酸钠、所述发酵液的重量比为1：（3-5）：（130-150）。
7.根据权利要求1所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述精制步骤为：先利用大孔型树脂D71对粗品进行离子交换，再利用大孔型树脂D213进行二次离子交换，得到净品。
8.根据权利要求1所述的一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺，其特征在于：所述水合步骤中，所述催化剂在所述反应液中的质量浓度为20-25%。
Priority Applications (1)
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| CN202310874897.XA CN116926138A (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种基于微生物法可控速率式生产丙烯酰胺的工艺 |
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- 2023-07-17 CN CN202310874897.XA patent/CN116926138A/zh active Pending
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