[发明专利]用固定化细胞催化氧化低碳烃的过程

说明书

本发明涉及用微生物催化氧化挥发性强的或气态有机化合物的过程。

随着生物催化的发展，发现了许多以烃类为唯一碳源和能源的具有活化分子氧能力的微生物，例如：可使丙烯直接氧化成环氧丙烷的甲烷菌类微生物就是这一类微生物的突出代表。Colby，Dolton等发现甲烷菌之所以具有这一种功能是由于含有甲烷单加氧酶(MMO)，正是由于MMO的存在才能使丙烯直接被分子氧氧化成环氧丙烷。C.T.Hou等发现，单独的MMO不能催化这一反应，必须在反应体系中添加MAOR作为辅酶。辅酶主要起电子给体作用，在反应中是逐渐消耗的，目前还找不到有效的方法进行再生。为此C.T.Hou(CS 4348476)将甲烷菌细胞分别吸附在多孔玻璃球、活性碳、陶瓷、砂子等载体上制备成固定化细胞，作为活化分子氧使气态有机化合物发生催化氧化的催化剂，该类生物催化剂特别适用于丙烯环氧化制环氧丙烷和能被甲烷单加氧酶催化的类似反应，但是操作6小时后催化剂即失活，将失活的细胞用甲醇再生一次催化剂活性下降60％，经三次再生后催化剂已基本失活，很难做到催化剂的连续应用。CS4368267中记载了一种低碳α-烯烃、二烯烃或乙烯基芳香化合物环氧化的生物催化过程，在微生物或微生物中提取的酶存在下将上述化合物进行环氧化反应，所用微生物是甲基营养菌，尤其是在好氧条件下以甲烷为营养的微生物。

本发明在包埋活细胞制得的固定化细胞作用下，氧化挥发性强的或气态有机化合物，并用可给固定化细胞提供能量的相应低碳烷烃或烯烃与空气的混合气对其固定化细胞进行处理，以达到提供能量，带走有毒产物，增加还原当量，使一次投入的催化剂多次再生而不失活的目的。

本发明的目的可由如下措施实现。

将以气态低碳烷烃或烯烃作为唯一碳源和能源，辅以无机无碳培养基生长的好氧细菌、酵母、真菌，在可给上述微生物提供能量的相应的碳源气和空气的混合气中用无机无碳培养基于20-60℃培养48br-144br，然后用海藻酸钠溶液包埋微生物细胞，海藻酸钠溶液的溶剂为含金属离子的无菌蒸馏水或无机无碳培养基，这样有利于细胞包埋后的生存，再将含有菌体的海藻酸钠滴加到0.1NCaCl₂溶液中，制成2mm小球，放入4℃的冰箱中增加催化剂的强度，最后洗去催化剂上的CaCl₂加入培养基，充入可给微生物提供能量的相应低碳烷烃或烯烃碳源气与空气的混合气，其中碳源气的范围为1-99％，在摇床上培养48br-120br备用。

本发明制固定化细胞所采用的微生物可以是：

甲烷营养菌：甲基囊菌属、甲基单胞菌属、甲基杆菌属、甲基球菌属、甲基无芽胞杆菌属

乙烷营养菌：假单胞菌属、土壤杆菌属、短杆菌属、分枝杆菌属

丁烷营养菌：假单胞菌属、土壤杆菌属

乙烯营养菌：分枝杆菌属

丙烯营养菌：诺卡氏菌、假单胞菌属钢绿色极毛杆菌。

取一定量湿重的催化剂小球放入填充式反应器中，空气和下述一种的气态或挥发性强的C1-C4烷烃、C2-C4烯烃或二烯烃、乙烯基芳香化合物、甲基环已烯、C＝C-C-C-Br、C＝C-C-C-Cl等，分别经过增湿器后进入反应器，气体的总流量1-10ml/min，pH为3-10，反应温度20-30℃，反应6小时后，停止供应原料气，将反应器的温度调至所用菌体的最适培养温度，即20-60℃，通入(上述所提及)可给微生物提供能量的相应的低碳烷烃或烯烃碳源气和空气的混合气，其中碳源气占1-99％，以提供能量，带走有毒产物，增加还原当量，这一再生过程和反应过程交替进行。

上述所提及的可给微生物提供能量的相应碳源气可以是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯，实验证明，用包埋法制备的固定化催化剂经上述方法再生，催化剂至少可再生8次而活性仍不下降。

本发明与已有技术相比具有如下优点，

1、用海藻酸钙包埋法制备生物催化剂，不仅方法简便，有利于大规模生产，而且，固定化生物催化剂经多次再生，催化剂活性不降。

2、用填充式反应器，可直接通入碳源气和空气，而不必把催化剂从反应器中取出，即可进行再生。

现进一步通过最佳实施例来阐述发明的实现方式：

实施例[1]；