RU2146291C1 - Усовершенствованный биотехнологический способ получения акриламида - Google Patents
Усовершенствованный биотехнологический способ получения акриламида Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146291C1 RU2146291C1 RU98122439/13A RU98122439A RU2146291C1 RU 2146291 C1 RU2146291 C1 RU 2146291C1 RU 98122439/13 A RU98122439/13 A RU 98122439/13A RU 98122439 A RU98122439 A RU 98122439A RU 2146291 C1 RU2146291 C1 RU 2146291C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acrylonitrile
- acrylamide
- reaction
- biocatalyst
- added
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биотехнологии. Для осуществления способа часть акрилонитрила растворяют в водопроводной или дистиллированной воде с рН 6,8-7,8. Затем прибавляют часть биокатализатора, представляющего собой концентрированную суспензию биомассы штамма Rhodococcus rhodochrous M8 или Rhodococcus rhodochrous M33 в воде. Каждую следующую порцию акрилонитрила растворяют в реакционной смеси после того, как ранее добавленный субстрат полностью или почти полностью вступит в реакцию. Затем добавляют очередную порцию биокатализатора. Процесс проводят при постоянном перемешивании, поддерживая температуру реакции в интервале 20-32°С. Время реакции 4-8 ч. Расход катализатора в пересчете на исходный объем воды 0,25-0,51 г/л. По окончании процесса получают растворы с концентрацией акриламида до 330 г/л. Способ позволяет упростить систему подачи акрилонитрила и контролировать его содержание в реакционной смеси.
Description
Изобретение относится к области биотехнологии и касается усовершенствования способа получения концентрированных водных растворов акриламида с использованием ферментной системы микроорганизма.
Акриламид - продукт гидратации акрилонитрила широко применяется в качестве мономера для синтеза полимеров и сополимеров. Известны химические и биологические способы гидратации акрилонитрила. Технологии получения акриламида с использованием микроорганизмов выгодно отличаются от химических мягкими условиями проведения и селективностью реакции, высокой чистотой конечного продукта, отсутствием токсичных отходов.
Биотехнологический синтез амидов осуществляют либо в периодическом режиме с использованием клеточных суспензий, либо в непрерывном процессе с применением иммобилизованных микроорганизмов, частично или высокоочищенного фермента.
Периодическая схема получения акриламида имеет недостатки, связанные с использованием интактных клеток (внесение в реакционную среду вместе с катализатором загрязнений; низкая устойчивость фермента; трудность отделения клеток от конечного продукта), но обладает и рядом преимуществ перед непрерывной (простота приготовления и эксплуатации биокатализатора; высокая ферментативная активность свободных клеток; стандартное оборудование, применяемое в химической промышленности). Поэтому биотехнологические методы синтеза акриламида легче реализовать в промышленном масштабе именно в периодическом варианте.
В промышленности используются в основном полимеры, которые производят на основе концентрированных (обычно не менее 25%) растворов акриламида. Получение таких растворов описанными в литературе способами требует сложного аппаратурного оформления и жесткого контроля технологических параметров в ходе процесса.
Как показывает анализ патентной литературы, концентрированные растворы акриламида предпочтительнее получать при низкой концентрации акрилонитрила в среде (не более 2%) и температуре не выше 20oC. Это связано с тем, что каталитическая активность нитрилгидратазы угнетается в присутствии акрилонитрила и акриламида, особенно при повышении температуры вследствие экзотермического течения реакции гидратации. В свою очередь, вынужденное поддержание малой концентрации субстрата и снижение температуры реакционной смеси неизбежно приводят к увеличению продолжительности реакции и вызывают повышение себестоимости продукта, обусловленное сложностью системы подачи акрилонитрила и потребностью в интенсивном охлаждении.
Согласно EP 0.204.555, МКИ 4 C 12 P 13/02, раствор с содержанием акриламида 450 г/л готовят с использованием интактных клеток Rhodococcus species АК-33 в концентрации 10 г/л (здесь и далее приводится масса сухих клеток). Процесс проводят в фосфатном буфере при температуре 2-3oC в течение 5 часов. Концентрация акрилонитрила в ходе синтеза не превышает 2%.
Используя клетки штамма Rhodococcus rhodochrous М33 (ВКПМ S-1268), можно получать высококонцентрированные растворы акриламида (до 600 г/л) при минимальных микробных нагрузках - 0,64-4,1 г/л (патент RU 2.077.588, МКИ 6 C 12 Р 13/02). Но это требует поддержания низких концентраций акрилонитрила (не более 0,1%) в течение всей реакции. Температура реакционной смеси 13-20oC, длительность трансформации 4-6 часов.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является процесс получения акриламида с использованием интактных клеток Pseudomonas chlororaphis В 23 (EP 0.093.782, МКИ 4 C 12 Р 13/02), при проведении которого акрилонитрил вносят в реакционную смесь порциями по мере его трансформации с такой скоростью, чтобы его концентрация не превышала 2%. Начальная концентрация биокатализатора в фосфатном буфере 20 г/л. Температуру раствора поддерживают в интервале 0-4oC. Через 7,5 часов реакции концентрация акриламида достигает 400 г/л.
Таким образом, анализ аналогов и прототипа заявляемого способа показывает, что при получении высококонцентрированных растворов акриламида требуется система, обеспечивающая регулирование скорости дозирования акрилонитрила, и поддержание низкой температуры процесса.
Целью предлагаемого изобретения является усовершенствование способа получения растворов акриламида высокой концентрации, заключающееся в упрощении системы подачи акрилонитрила и позволяющее проводить реакцию при высокой температуре.
Поставленная цель достигается за счет того, что биокатализатор добавляют в реакционную смесь частями после каждого введения акрилонитрила.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Соответствующую часть акрилонитрила (за один прием подают такое количество нитрила, чтобы не превысить предел его растворимости в реакционной среде) растворяют в водопроводной или дистиллированной воде с pH 6,8-7,8. Затем прибавляют часть биокатализатора, представляющего собой концентрированную суспензию биомассы (полученной в соответствии с патентом RU 1.731.814, МКИ 6 C 12 N 9/78, или RU 2.053.300, МКИ 6 C 12 N 9/78) в воде. Каждую следующую порцию акрилонитрила растворяют в реакционной смеси после того, как ранее добавленный субстрат полностью или почти полностью вступит в реакцию. Затем добавляют очередную порцию биокатализатора. Процесс проводят при постоянном перемешивании, поддерживая температуру реакции в интервале от 20 до 32oC. Время реакции 4-6 часов. Расход катализатора в пересчете на исходный объем воды 0,25-0,51 г/л. По окончании процесса получают растворы с концентрацией акриламида до 330 г/л.
Сопоставительный анализ заявляемого решения, аналогов и прототипа (EP 0.093.782, МКИ 4 C 12 P 13/02) показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что и акрилонитрил, и биомассу вносят в реакционную среду частями по мере трансформации ранее прибавленного нитрила. Благодаря этому в среде создается повышенное содержание активного биокатализатора, что делает возможным осуществление процесса при высоких концентрациях акрилонитрила (вплоть до предела его растворимости) и достаточно высокой температуре (20-32oC). Это обеспечивает высокую скорость гидратации акрилонитрила и позволяет получать в течение 4-6 часов растворы акриламида с концентрацией до 330 г/л при низком расходе биокатализатора.
Заявляемый способ поясняется следующими примерами.
Сравнительный пример 1 по прототипу с использованием биомассы штамма Rhodococcus rhodochrous М8.
В стеклянный реактор объемом 100 мл, снабженный магнитной мешалкой и термометром, вносят 19,4 мг клеток штамма Rhodococcus rhodochrous М8 с активностью нитрилгидратазы 95 ед. (единица активности здесь и далее означает такое количество нитрилгидратазы, содержащееся в 1 мг сухих клеток, которое катализирует образование 1 мкмоль акриламида в минуту), ресуспендированных в 40 мл дистиллированной воды (pH 7,0). В реактор при постоянном перемешивании порциями подают 11,5 г акрилонитрила с такой скоростью, чтобы его концентрация в растворе не превышала 2%. Реакцию проводят при 17-18oC. Качественный и количественный состав реакционной смеси здесь и далее определяют по данным газожидкостной хроматографии. Через 5 часов получают раствор, содержащий 300 г/л акриламида. Выход акриламида составляет 790 г на 1 г биокатализатора.
Пример 1.
По предлагаемому способу готовят 1,62 мл суспензии, содержащей 20,5 мг клеток штамма Rhodococcus rhodochrous М8 с активностью нитрилгидратазы 95 ед. , в дистиллированной воде (pH 7,0). В стеклянный реактор объемом 100 мл, снабженный магнитной мешалкой и термометром, вносят 38 мл дистиллированной воды (pH 7,0) и растворяют в ней 2,9 г акрилонитрила. Затем добавляют 0,54 мл суспензии клеток. Спустя 1 час с интервалом в 45-50 минут в реактор вносят три порции акрилонитрила по 2,9 г. Через 3-4 минуты после прибавления каждой порции нитрила прибавляют катализатор (объемы суспензии 0,27, 0,27 и 0,54 мл соответственно). Температуру реакционной массы поддерживают в диапазоне 23-32oC. Через 5 часов получают раствор, содержащий 320 г/л акриламида. Выход акриламида составляет 760 г на 1 г биокатализатора.
Сравнительный пример 2.
Согласно патенту RU 2.077.588, МКИ 6 C 12 P 13/02, в стеклянный реактор объемом 100 мл, снабженный магнитной мешалкой и термометром, вносят 10,4 мг клеток штамма Rhodococcus rhodochrous М33 с активностью нитрилгидратазы 230 ед. , ресуспендированных в 40 мл дистиллированной воды (pH 7,2). В реактор при постоянном перемешивании и температуре 17-18oC на протяжении всего синтеза подают 12,5 г акрилонитрила так, чтобы его концентрация в растворе не превышала 0,1%. Через 7 часов получают раствор, содержащий 330 г/л акриламида. Выход акриламида составляет 1610 г на 1 г биокатализатора.
Пример 2.
По предлагаемому способу готовят 1,8 мл суспензии, содержащей 10,2 мг клеток штамма Rhodococcus rhodochrous М33 с активностью нитрилгидратазы 230 ед. , в дистиллированной воде (pH 7,0). В стеклянный реактор объемом 100 мл, снабженный магнитной мешалкой и термометром, вносят 38 мл дистиллированной воды (pH 7,0) и растворяют в ней 2,7 г акрилонитрила. Затем добавляют 0,6 мл суспензии клеток. Спустя 80 минут с интервалом в 50-60 минут в реактор вносят три порции акрилонитрила по 3,2 г. Через 3-4 минуты после прибавления каждой порции нитрила прибавляют катализатор (объемы суспензии 0,3, 0,3 и 0,6 мл соответственно). Температуру реакционной массы поддерживают на уровне 20-28oC. Через 5,5 часов получают раствор, содержащий 320 г/л акриламида. Выход акриламида составляет 1610 г на 1 г биокатализатора.
Пример 3.
Готовят 1,62 мл суспензии, содержащей 10,4 мг клеток штамма Rhodococcus rhodochrous М33 с активностью нитрилгидратазы 180 ед., в дистиллированной воде (pH 7,1). В стеклянный реактор объемом 100 мл, снабженный магнитной мешалкой и термометром, вносят 38 мл дистиллированной воды (pH 7,1) и растворяют в ней 2,9 г акрилонитрила. Затем добавляют 0,54 мл суспензии клеток. Спустя 1 час с часовым интервалом в реактор вносят три порции акрилонитрила по 3,2 г. Через 3-4 минуты после прибавления каждой порции нитрила прибавляют катализатор (объемы суспензии 0,27, 0,27 и 0,54 мл соответственно). Температуру реакционной массы поддерживают на уровне 22-28oC. Через 5 часов получают раствор, содержащий 330 г/л акриламида. Выход акриламида составляет 1620 г на 1 г биокатализатора.
Таким образом, заявляемый способ получения акриламида обладает следующим отличием: необходимые для реакции количества акрилонитрила и биокатализатора вносят в реакционную массу частями с разделением во времени. Это позволяет проводить синтез при высокой концентрации акрилонитрила, температуре 20-32oC и получать растворы с содержанием акриламида до 330 г/л. Использование приведенного выше приема дает возможность снизить затраты, связанные с аппаратурным оформлением процесса, а именно с системой подачи акрилонитрила, охлаждением и контролем за составом реакционной смеси.
Claims (1)
- Способ получения акриламида путем гидратации акрилонитрила, вводимого в реакционную смесь частями с разделением во времени, с использованием биокатализатора, обладающего нитрилгидратазной активностью, отличающийся тем, что биокатализатор на основе штаммов микроорганизмов Rhodococcus rhodochrous М 8 (ВКПМ S-926) или Rhodococcus rhodochrous М 33 (ВКПМ S-1268) добавляют в реакционную смесь частями после каждого введения акрилонитрила.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98122439/13A RU2146291C1 (ru) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Усовершенствованный биотехнологический способ получения акриламида |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98122439/13A RU2146291C1 (ru) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Усовершенствованный биотехнологический способ получения акриламида |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2146291C1 true RU2146291C1 (ru) | 2000-03-10 |
Family
ID=20213307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98122439/13A RU2146291C1 (ru) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Усовершенствованный биотехнологический способ получения акриламида |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2146291C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002088371A2 (de) * | 2001-04-26 | 2002-11-07 | Stockhausen Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur herstellung einer wässrigen acrylamidlösung mit einem biokatalysator |
RU2468084C1 (ru) * | 2011-06-16 | 2012-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Гель-Плюс" | Биотехнологический способ получения акриламида |
RU2520870C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-06-27 | Кемира Оюй | Штамм бактерий rhodococcus aetherivorans bkm ac-2610d - продуцент нитрилгидратазы, способ его культивирования и способ получения акриламида |
-
1998
- 1998-12-17 RU RU98122439/13A patent/RU2146291C1/ru active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002088371A2 (de) * | 2001-04-26 | 2002-11-07 | Stockhausen Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur herstellung einer wässrigen acrylamidlösung mit einem biokatalysator |
WO2002088371A3 (de) * | 2001-04-26 | 2003-11-13 | Stockhausen Chem Fab Gmbh | Verfahren zur herstellung einer wässrigen acrylamidlösung mit einem biokatalysator |
RU2468084C1 (ru) * | 2011-06-16 | 2012-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Гель-Плюс" | Биотехнологический способ получения акриламида |
RU2520870C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-06-27 | Кемира Оюй | Штамм бактерий rhodococcus aetherivorans bkm ac-2610d - продуцент нитрилгидратазы, способ его культивирования и способ получения акриламида |
US9518279B2 (en) | 2012-12-27 | 2016-12-13 | Kemira Oyj | Bacterial strain Rhodococcus aetherivorans VKM Ac-2610D producing nitrile hydratase, method of its cultivation and method for producing acrylamide |
US10138459B2 (en) | 2012-12-27 | 2018-11-27 | Kemira Oyj | Bacterial strain Rhodococcus aetherivorans VKM Ac-2610D producing nitrile hydratase, method of its cultivation and method for producing acrylamide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4248968A (en) | Process for producing acrylamide or methacrylamide utilizing microorganisms | |
US4221869A (en) | Enzymatic synthesis of L-carnitine | |
EP0188316B1 (en) | Process for the preparation of amides using microorganisms | |
EP0527553B1 (en) | Process for producing r(-)-mandelic acid and derivative thereof | |
KR0131276B1 (ko) | 니트릴 하이드라타제를 생성하는 신규한 균주-로도코커스 로도코러스 | |
US20190127768A1 (en) | Biotechnological Method for the Production of Acrylamide and Relative New Bacterial Strain | |
US4908313A (en) | Process for producing amides by use of microoganisms | |
AU2008249370B2 (en) | Method for producing glucuronic acid by glucuronic acid fermentation | |
US4326029A (en) | Process for production of L-aspartic acid | |
EP0972066A1 (en) | ENZYMATIC CONVERSION OF $g(a)-HYDROXYNITRILES TO THE CORRESPONDING $g(a)-HYDROXYAMIDES, ACIDS OR ACID SALTS | |
KR870001811B1 (ko) | 미생물을 이용한 아미드의 제조방법 | |
RU2146291C1 (ru) | Усовершенствованный биотехнологический способ получения акриламида | |
CA2200420A1 (en) | Process for producing aspartase and process for producing l-aspartic acid | |
JP3154646B2 (ja) | グリコール酸の微生物学的製造法 | |
JP2696424B2 (ja) | R(‐)―マンデル酸の製造法 | |
RU2304165C1 (ru) | Способ получения акриловых мономеров и штамм бактерий rhodococcus rhodochrous для его осуществления | |
CA1206435A (en) | Method for the production of l-phenylalanine through the reuse of phenylalanine ammonia lyase | |
RU2077588C1 (ru) | Способ получения акриламида | |
JPH0237B2 (ru) | ||
RU2399672C1 (ru) | Биокаталитический способ синтеза n-замещенных алифатических акриламидов и штамм бактерий rhodococcus erythropolis для его осуществления | |
GB2076820A (en) | Process for producing acrylamide or methacrylamide utilizing micro-organisms | |
Tudorascu et al. | A new process for acrylamide synthesis by enzymatic hydrolysis of acrylonitrile in disperse system | |
US6709847B2 (en) | Immobilized euphorbiaceae, poaceae or olacaeae s-hydroxynitrile lyase | |
JPH04218385A (ja) | R(−)−マンデル酸の製造法 | |
CZ285449B6 (cs) | Způsob výroby D-aminokyselin nebo derivátů D - aminokyselin |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 19990816 |
|
QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20070601 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 19990816 Effective date: 20150304 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |