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丙烯酰胺是一种重要的有机化工原料,主要用于合成聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺作为絮凝剂、增稠剂、增强剂等,广泛应用于造纸、煤炭、地质、冶金、纺织、化工、食品等许多经济领域,尤其是在石油工业中聚丙烯酰胺的应用更为突出。丙烯酰胺是以丙烯腈为原料水合而成,从20世纪50年代至今,生产工艺先后经历了硫酸水合、铜系催化的化学水合两个阶段,而微生物酶催化是第三代最新技术,其具有高选择性、高活性和高收率的特点。腈水合酶是微生物法生产丙烯酰胺中起关键作用的生物催化剂,能在常温常压下实现丙烯腈向丙烯酰胺的转化。因此本文对产腈水合酶菌株Rhodococcus sp. SHZ-1的发酵优化控制及以游离细胞液为催化剂对其进行了腈水合酶学性质的研究,取得了以下进展:1.对SHZ-1菌株的生长特征、生理生化等特性进行了研究。分别利用形态学和生理生化方法对其进行鉴定,结果表明该菌属于红球菌。2.对Rhodococcus sp. SHZ-1菌株的发酵条件进行优化控制。通过腈水合酶生产菌Rhodococcus sp. SHZ-1菌株的发酵过程研究,阐明了发酵液pH、葡萄糖含量以及细胞浓度变化与酶活之间的关系。确定了腈水合酶高活力表达的过程,在发酵过程中调节pH以及补加葡萄糖-Co2+,使酶活达到5226U/mL,是对照工艺(1196.23 U/mL)的4.7倍。在确定了pH调控和葡萄糖-Co2+耦合补加工艺的基础上,通过向培养基中加入诱导剂、表面活性剂等进一步优化了产酶过程。酶活最高达7009.18U/mL,比优化初始酶活力(5226U/mL)提高了34.12%。3.研究了温度、pH值、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度等对腈水合酶活性的影响。结果表明,温度和丙烯酰胺浓度是最主要的影响因素。温度30℃,反应体系在pH中性范围酶活达到最高。该酶对于底物丙烯腈有很强的耐受性,丙烯腈浓度为7.2%时,酶活最高;但是产物丙烯酰胺浓度过高,达到40%时就会严重抑制酶的活性。