氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter oxydans)由于其细胞内与膜上含有丰富的氧化还原酶系统并且结合自身的不完全氧化特征成为生物工业中广泛应用的微生物,而其高密度细胞培养技术的建立使得它越来越多应用于静息细胞生物催化工艺中。本文主要基于G.oxydans膜结合葡萄糖脱氢酶(GDH)以及葡萄糖酸-2-脱氢酶(GA-2-DH)的催化特性,针对不同的出发底物以及催化过程中的各影响因子进行考察与优化,实现工业大宗有机酸产品2-酮基-D-葡萄糖酸(2-KGA)的静息细胞催化法制备,并在一定程度上进行反应过程的放大。　　第一部分,以葡萄糖酸(GA)为底物,基于G.oxydans膜结合GA-2-DH进行全细胞催化制备2-KGA。　　(1)建立能对底物与产物进行有效分离与测定的HPLC检测法,GA、2-KGA、5-KGA保留时间为(min)8.6、7.8、8.2,并具有较好的线性与精密度。　　(2)从菌体生长与催化性能两方面比较静息细胞催化法与发酵法制备2-KGA,选择静息细胞催化法作为2-KGA的理想制备模式。并在原始菌株的基础上,利用其对高浓度底物的自适应效应进行菌株筛选,得到催化制备2-KGA性能更好的菌株G.oxydans＃3A(DSM2003)。相比于原始菌株,G.oxydans＃3A催化GA制备2-KGA性能提高了15％。　　(3)在摇瓶中对所获得的G.oxydans＃3A菌株进行催化条件优化,初步确定摇瓶中制备2-KGA较优条件:1100mM(242g/L)底物GA浓度,20g/L静息细胞浓度,pH5.0转化体系,250rpm摇床转速与30℃催化温度,2-KGA时空产率24.68mmol/l/h,转化率达97％以上。　　(4)通过比较优化后的游离细胞催化与海藻酸钠固定化细胞催化制备2-KGA的优劣势,选择了游离细胞作为理想的2-KGA较大规模较高浓度制备过程中的催化剂。在发酵罐上对重点影响催化反应的参数(转速与底物浓度)进行了进一步优化,2-KGA时空产率提高到74mmol/l/h,细胞可有效重复利用3次,累积制备2-KGA浓度为4012mM。　　第二部分,以葡萄糖为出发底物,基于膜结合GDH以及GA-2-DH联合作用的静息细胞催化制备2-KGA的研究。　　(1)确定了摇瓶中静息细胞催化葡萄糖制备2-KGA较优条件:30℃,200rpm,pH5.0-6.0,葡萄糖浓度1100mM,25g/L细胞浓度,120h内葡萄糖转化率在92.1％,时空产率在8.4mmol/l/h。研究发现:反应过程中当葡萄糖作为底物合成2-KGA时,葡萄糖的存在会不可逆抑制GA-2-DH的活性,使得第二步反应(即从葡萄糖酸合成2-KGA)成为限速关键反应,因此针对这一现象设计串联催化工艺。　　(2)首先筛选得到高产GA的G.oxydans菌株,在3.7L反应器中初步摸索催化条件,GA时空产率提高近一倍。再将高产GA与高产2-KGA菌株催化工艺串连,实现从葡萄糖合成2-KGA的两步法制备,最大程度上减弱了葡萄糖对于反应的影响,使得催化时间从80-85h缩短为38h左右,2-KGA的时空产率从13mmol/l/h提高到3.5mmol/l/h。