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本课题主要基于动力学控制红景天苷生物合成过程的优化,从反应机理、动力学参数的基础研究着手,通过半连续操作的优化,合成与分离耦合的连续合成过程的优化,从反应路线到反应器的设计与构建,优化各操作条件、操作参数,得到了应用于本特殊反应体系的合成方式。动力学基础研究结果:M-CLGAs的Km值为55.469 mmol/L,Vm值为3.977μmol/(min·mL);酪醇的反应级数约为0.47;酶浓度与底物消耗速率基本成正比;在葡萄糖浓度0.5 mol/L条件下,当酪醇超过0.9 mol/L时,底物抑制逐渐明显。在酪醇浓度在1.5 mol/L条件下,当葡萄糖浓度超过0.6 mol/L时,出现底物抑制;反应过程中红景天苷的累加量小于30 mmol/L时,对底物消耗速率基本没有影响,但随着红景天苷的逐渐增加,超过45 mmol/L时,即出现产物抑制的现象。采用薄层层析法和蒸发光散射法确定反应过程存在二糖副产物。半连续操作优化结果:采用酪醇预先进料,葡萄糖进行补料添加的操作方式,不仅可以有效减少二糖等副反应的发生,同时提高底物酪醇和葡萄糖的有效利用,从而提高转化率。以0.01 mL/min进行补料添加,红景天苷的最大产率出现在补料72 h时,为12.515%。根据上述补料方式,固定葡萄糖浓度为1mol/L,进一步优化酪醇预先添加的浓度,当酪醇添加浓度为0.5 mol/L时,红景天苷产率达到最大,为14.46%。建立动力学模型方程,推理得到反应选择性式:h=vR/vs =K1/K2 =nAα12nBβ12nRγ1V-α12 β 1nαRγ1 V-α12-β12。根据选择性式推理补料方式、加料量和加料速率对底物消耗速率的影响。通过实验筛选出大孔吸附树脂DA-201,不仅对红景天苷有较专一性的吸附能力,而且在混合体系中分离选择性也较好,解吸率较高。设计并构建出符合本反应体系中合成与分离耦合的连续操作路线,以及组建实验室条件下可运行的反应器,优化各操作参数。得到如下优化条件:反应体系中树脂加入量定义为K值,K值经优化为0.091 g/mL,表示在每24 h需要更换一次树脂条件下1 mL体系需要加入0.091 g树脂。树脂柱流速为0.30 mL/min,补料速率为0.25 mL/min,r2流速为0.05 mL/min,r1流速为0.25 mL/min。反应器需预先加入150 mmol/L酪醇,50 mmol/L葡萄糖,最合适的底物补加浓度为450 mmol/L酪醇、150 mmol/L葡萄糖,最终优化得到的红景天苷产率为40.67%。