微生物法生产丙烯酰胺的研究（Ⅱ）——腈水合酶催化反应动力学与失活动力学

摘要:

以丙烯腈为原料，微生物转化生产丙烯酰胺的过程中，酶催化反应是过程的关键。为了了解酶催化的动力学，本研究以自由细胞的酶为催化剂，进行了腈水合酶的反应动力学和失活动力学的研究。首先研究了菌体浓度、温度、pH值、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度等对腈水合酶催化反应速度的影响。结果表明，在这些因素中，温度和丙烯酰胺浓度是最主要的影响因素。28℃时酶活为5659u/mL（菌液），在5℃时的反应速率仅为28℃时的11.72%,相应的表观酶活为663u/mL（菌液）。而在丙烯酰胺45%浓度条件下的酶活大约只有丙烯酰胺5%浓度下的酶活的1/2。经过对不同温度下的反应速度的研究，得到腈水合酶水合反应的活化能为65.57kJ·mol^-1。本文进一步研究了自由细胞状态下，菌体浓度、pH值、温度、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度对腈水合酶失活的影响，得到了失活动力学。结果表明，在这些因素中，对酶失活影响的最主要因素还是温度和丙烯酰胺浓度。尤其当丙烯酰胺浓度到达35%时，酶活下降得很快，在55 h后，酶活几乎为零。而在丙烯酰胺浓度为10%的情况下，55 h的酶活仍然还存在约50%。试验结果还表明，丙烯腈对酶的稳定性的影响很小。经过数据处理，得到的28℃的酶失活速率常数为5℃下的2177倍。经过对温度与失活速率常数的拟合，得到腈水合酶失活反应的活化能为9228kJ·mol-1。

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