[go: up one dir, main page]

RU2304165C1 - Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same - Google Patents

Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same Download PDF

Info

Publication number
RU2304165C1
RU2304165C1 RU2006106496/13A RU2006106496A RU2304165C1 RU 2304165 C1 RU2304165 C1 RU 2304165C1 RU 2006106496/13 A RU2006106496/13 A RU 2006106496/13A RU 2006106496 A RU2006106496 A RU 2006106496A RU 2304165 C1 RU2304165 C1 RU 2304165C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acrylamide
strain
rhodococcus rhodochrous
ammonium acrylate
acrylonitrile
Prior art date
Application number
RU2006106496/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Степанович Яненко (RU)
Александр Степанович Яненко
Галина Андреевна Ларикова (RU)
Галина Андреевна Ларикова
Тать на Васильевна Герасимова (RU)
Татьяна Васильевна Герасимова
Тать на Евгеньевна Леонова (RU)
Татьяна Евгеньевна Леонова
кова Инга Николаевна Пол (RU)
Инга Николаевна Полякова
Владимир Георгиевич Дебабов (RU)
Владимир Георгиевич Дебабов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика)
Priority to RU2006106496/13A priority Critical patent/RU2304165C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2304165C1 publication Critical patent/RU2304165C1/en

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: Specific bacterium strain Rhodococcus rhodochrous has ferment system including nitrilehydrase and amidase enzymes for hydrolysis of nitriles and amines. Claimed method includes application of said strain as biocatalyst in hydrolysis process both acrylonitrile and acrylamide. Method of present invention makes it possible to produce mixed solutions of acrylamide and ammonium acrylate monomers in industrial scale.
EFFECT: improved method for large scale production of acrylamide and ammonium acrylate monomers.
2 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологии и касается биокаталитического способа получения акриловых мономеров, а именно акриламида и акрилата аммония, а также штамма бактерий Rhodococcus rhodochrous, используемого в качестве биокатализатора при осуществлении этого способа.The invention relates to biotechnology and relates to a biocatalytic method for producing acrylic monomers, namely, acrylamide and ammonium acrylate, as well as a strain of bacteria Rhodococcus rhodochrous, used as a biocatalyst in the implementation of this method.

Акриламид, акриловая кислота и ее соли являются ценными мономерами для получения водорастворимых полимеров. Значительную их долю составляют сополимеры акриламида и акриловой кислоты (или ее солей), которые широко используют в качестве флокулянтов, реагентов для нефтедобычи, диспергаторов и т.д.Acrylamide, acrylic acid and its salts are valuable monomers for the preparation of water-soluble polymers. A significant proportion of them are copolymers of acrylamide and acrylic acid (or its salts), which are widely used as flocculants, reagents for oil production, dispersants, etc.

Традиционно акриламид и акрилат аммония получают гидролизом акрилонитрила в присутствии серной кислоты или медного катализатора (Платэ и Сливинский. Основы химии и технологии мономеров. М.: Наука, 2002, стр.241). Основные недостатки этих способов: низкая концентрация мономеров в конечном растворе (не более 10%), а также образование побочных продуктов и большого количества отходов.Traditionally, acrylamide and ammonium acrylate are obtained by hydrolysis of acrylonitrile in the presence of sulfuric acid or a copper catalyst (Plate and Slivinsky. Fundamentals of chemistry and technology of monomers. M: Nauka, 2002, p. 241). The main disadvantages of these methods: low concentration of monomers in the final solution (no more than 10%), as well as the formation of by-products and a large amount of waste.

Альтернативным способом получения акриловых мономеров является биокаталитический гидролиз акрилонитрила. В этом случае в качестве катализаторов при гидролизе акрилонитрила используют микробные ферменты или микробные клетки с нитрилгидролитической активностью.An alternative method for producing acrylic monomers is the biocatalytic hydrolysis of acrylonitrile. In this case, microbial enzymes or microbial cells with nitrile hydrolytic activity are used as catalysts in the hydrolysis of acrylonitrile.

Известны способы получения акриламида, в которых в качестве биокатализатора гидролиза акрилонитрила используют различные микробные штаммы, содержащие фермент нитрилгидратазу, а именно штамм Rhodococcus rhodochrous ВКПМ S-926 (РФ 1731814), его мутантный вариант штамм Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ас-1515Д (РФ 2053300), штамм Rhodococcus rhodochrous J1 (JP 4234597/87, ЕР 0307926) и другие штаммы, при этом конечным продуктом являются 38-50% растворы одного мономера - акриламида. В настоящее время эти способы благодаря их высокой эффективности используют для промышленного производства акриламида.Known methods for producing acrylamide, in which various microbial strains containing the nitrile hydratase enzyme are used as a biocatalyst for the acrylonitrile hydrolysis, namely, the strain Rhodococcus rhodochrous VKPM S-926 (RF 1731814), its mutant version is the strain Rhodococcus rhodochrous VKPM RF-15151515 VKPM Ac331515 strain Rhodococcus rhodochrous J1 (JP 4234597/87, EP 0307926) and other strains, while the final product is 38-50% solutions of one monomer - acrylamide. Currently, these methods due to their high efficiency are used for the industrial production of acrylamide.

Известны способы получения другого акрилового мономера - акрилата аммония путем гидролиза акрилонитрила в присутствии биокатализаторов, содержащих фермент нитрилазу, на основе штаммов Rhodococcus sp. (US 5135858, US 6361981, US 5998180) и Alcaligenes denitrificans (РФ 2177034). Согласно этим способам удается получить 30% и даже 40% растворы акрилата аммония. Главными проблемами этих процессов остаются низкий уровень активности используемых биокатализаторов и их быстрая инактивация.Known methods for producing another acrylic monomer - ammonium acrylate by hydrolysis of acrylonitrile in the presence of biocatalysts containing the nitrilase enzyme, based on strains of Rhodococcus sp. (US 5135858, US 6361981, US 5998180) and Alcaligenes denitrificans (RF 2177034). According to these methods, it is possible to obtain 30% and even 40% solutions of ammonium acrylate. The main problems of these processes remain the low level of activity of the biocatalysts used and their rapid inactivation.

Известен способ получения акрилата аммония с помощью биокатализатора Comamonas testesteroni 5-MGAM-4D (US 6670158), содержащего ферментную систему нитрилгидратаза/амидаза. В отличие от катализаторов на основе нитрилазы, превращающих акрилонитрил в акрилат аммония в одну стадию, биокатализатор на основе системы нитрилгидратаза/амидаза превращает акрилонитрил в акрилат аммония в две стадии: на первой стадии нитрилгидратаза превращает акрилонитрил в акриламид, который далее под действием амидазы превращается в акрилат аммония. Согласно этому способу конечным продуктом процесса являются растворы одного мономера - акрилата аммония. Эффективность и этого способа остается низкой, вследствие слабой активности амидазы.A known method of producing ammonium acrylate using a biocatalyst Comamonas testesteroni 5-MGAM-4D (US 6670158) containing the enzyme system nitrile hydratase / amidase. Unlike nitrilase-based catalysts that convert acrylonitrile to ammonium acrylate in one step, a biocatalyst based on the nitrile hydratase / amidase system converts acrylonitrile to ammonium acrylate in two stages: in the first step, nitrile hydratase converts acrylonitrile to acrylamide, which is subsequently converted to acrylamide ammonium According to this method, the end product of the process is solutions of one monomer - ammonium acrylate. The effectiveness of this method remains low, due to the weak activity of amidase.

Если биокаталитический способ получения акриламида уже реализован в промышленных масштабах, то разработка процессов получения акрилата аммония все еще находится на стадии опытных установок. Причина этого заключается в отсутствии эффективных катализаторов для превращения акрилонитрила в акрилат аммония.If the biocatalytic method for producing acrylamide has already been implemented on an industrial scale, the development of processes for producing ammonium acrylate is still at the stage of pilot plants. The reason for this is the lack of effective catalysts for the conversion of acrylonitrile to ammonium acrylate.

Задача настоящего изобретения состояла в расширении арсенала способов получения акриловых мономеров.The objective of the present invention was to expand the arsenal of methods for producing acrylic monomers.

Задача решена путем:The problem is solved by:

- получения штамма Rhodococcus rhodochrous M20, обладающего уникальной ферментной системой гидролиза нитрилов и амидов, включающей ферменты нитрилгидратазу и амидазу, депонированного во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) под номером ВКПМ Ас-1728, и- obtaining a strain of Rhodococcus rhodochrous M20 having a unique enzyme system for the hydrolysis of nitriles and amides, including nitrile hydratase and amidase enzymes, deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) under VKPM As-1728, and

- разработки способа получения акриловых мономеров с использованием этого штамма в качестве биокатализатора.- development of a method for producing acrylic monomers using this strain as a biocatalyst.

Благодаря особенностям каталитической системы заявляемого штамма в результате гидролиза либо акрилонитрила, либо акриламида в его присутствии получают смешанные растворы мономеров акриламида и акрилата аммония в различных соотношениях. Эти смешанные растворы представляют интерес при получении сополимеров разных типов как непосредственно, так и после их превращения в раствор акриламид/акрилат натрия.Due to the characteristics of the catalytic system of the claimed strain, mixed solutions of acrylamide monomers and ammonium acrylate in various ratios are obtained in the presence of hydrolysis of either acrylonitrile or acrylamide in its presence. These mixed solutions are of interest in the preparation of various types of copolymers, both directly and after their conversion into a solution of sodium acrylamide / acrylate.

Штамм Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ac-1728 получен на селективных средах с хлорацетамидом и ацетамидом и является мутантом штамма Rhodococcus rhodochrous M8 - ВКПМ S-926 (РФ 1731814).The strain Rhodococcus rhodochrous VKPM Ac-1728 was obtained on selective media with chloroacetamide and acetamide and is a mutant of the strain Rhodococcus rhodochrous M8 - VKPM S-926 (RF 1731814).

Характеристика заявляемого штамма.Characterization of the claimed strain.

Таксономические свойства.Taxonomic properties.

Морфологические свойства. Клетки штамма ВКПМ Ac-1728 неподвижны и окрашиваются по Граму. Спор не образуют, некислотоустойчивы. В возрасте 18-20 ч на мясо-пептонном агаре - МПА (Руководство к практическим занятиям по микробиологии, МГУ, 1983, стр.93) клетки образуют длинные /до 20 μм/ слабо ветвящиеся нити, которые через 48-72 часа распадаются на палочковидные и кокковидные элементы. В старых культурах наблюдаются плеоморфные клетки в виде колб, груш, булав. Деление клеток происходит по раскалывающемуся и сгибающему типам.Morphological properties. The cells of the VKPM Ac-1728 strain are motionless and Gram stained. They do not form a dispute, non-acid resistant. At the age of 18-20 hours on meat-peptone agar - MPA (Manual for Practical Activities in Microbiology, Moscow State University, 1983, p. 93), the cells form long / up to 20 μm / weakly branching filaments, which after 48-72 hours break up into rod-shaped and coccoid elements. In old cultures, pleomorphic cells are observed in the form of flasks, pears, clubs. Cell division occurs according to the splitting and bending types.

Культуральные свойства. На плотных питательных средах, например МПА, через 48 часов роста заявляемый штамм образует круглые гладкие колонии диаметром 1 мм, окрашенные в оранжевый цвет. При росте на мясо-пептонном бульоне образуются пленка и осадок. Лакмусовое молоко не изменяется.Cultural properties. On solid nutrient media, such as MPA, after 48 hours of growth, the inventive strain forms round smooth colonies with a diameter of 1 mm, colored in orange. With growth, a film and a precipitate form on the meat-peptone broth. Litmus milk does not change.

Физиологические свойства. Облигатный аэроб. Редуцирует нитраты. Тест с метиловым красным, реакция Фогес-Проскауэра отрицательные. Образует сероводород. Штамм оксидазоотрицательный, каталазо- и фосфотазаположительный. Крахмал и целлюлозу не гидролизует, твин 60 и 80 гидролизует. Аденин не утилизирует. Клетки не выдерживают нагревания в снятом молоке при 72°С в течение 15 мин. Штамм растет при рН 6-9, температуре 5-45°С. Кислоту образует из следующих сахаров и спиртов: глюкозы, фруктозы, мальтозы, сахарозы, сорбита, манита и глицерина. Газообразования ни на одном сахаре не обнаружено. В качестве единственного источника азота использует соединения аммония, нитраты и мочевину. В качестве единственного источника углерода использует мальтозу, манитсорбит, глюкозу, глицерин, лактат, ацетат, пируват, бензоат, п- и м-гидроксибензоат, тирозин; не использует рамнозу, галактозу, инозит, а-кетоглутарат.Physiological properties. Obligate aerob. Reduces nitrates. Test with methyl red, the Voges-Proskauer reaction is negative. Forms hydrogen sulfide. The strain is oxidase-negative, catalase-and phosphatase-positive. Starch and cellulose do not hydrolyze; twins 60 and 80 hydrolyze. Adenine is not disposed of. Cells cannot withstand heat in skim milk at 72 ° C for 15 minutes. The strain grows at pH 6-9, temperature 5-45 ° C. The acid is formed from the following sugars and alcohols: glucose, fructose, maltose, sucrose, sorbitol, mannitol and glycerol. No gas formation was detected on any sugar. Ammonium compounds, nitrates and urea are used as the sole nitrogen source. It uses maltose, mannitosorbitol, glucose, glycerin, lactate, acetate, pyruvate, benzoate, p- and m-hydroxybenzoate, tyrosine as the sole carbon source; does not use rhamnose, galactose, inositol, a-ketoglutarate.

Биохимический анализ показал, что в клеточной стенке штамма ВКПМ Ас-1728 содержатся мезо-диаминопимелиновая кислота, арабиноза и галактоза, что характерно для накардиоподобных бактерий с IY типом клеточной стенки (Нестеренко и др, Нокардиоподобные и коринеподобные бактерии, «Наукова думка», 1985, стр.90). Клетки также содержат липид A(LCN), характерный для родококков.Biochemical analysis showed that the cell wall of the VKPM strain As-1728 contains mesodiaminopimelic acid, arabinose, and galactose, which is typical for nardi-like bacteria with the IY type of cell wall (Nesterenko et al., Nocard-like and coryne-like bacteria, Naukova Dumka, 1985, p. 90). Cells also contain lipid A (LCN), characteristic of Rhodococcus.

Нуклеотидная последовательность гена рибосомальной 16S РНК заявляемого штамма соответствует роду Rhodococcus.The nucleotide sequence of the gene of the ribosomal 16S RNA of the claimed strain corresponds to the genus Rhodococcus.

На основании перечисленного выше и в соответствии с руководством Берджи (Определитель бактерий Берджи, М.: Мир, 1997) штамм ВКПМ Ас-1728 отнесен к роду Rhodococcus и виду rhodochrous.Based on the above and in accordance with Bergey’s guidelines (Bergey Bacterial Identifier, M .: Mir, 1997), the strain VKPM Ac-1728 is assigned to the genus Rhodococcus and the species rhodochrous.

Оптимальные условия культивирования.Optimum cultivation conditions.

Для получения клеток заявляемого штамма в больших количествах и с высокой активностью нитрилгидратазы и амидазы штамм выращивают при 25-30°С в течение 24-72 часов на синтетических средах, содержащих в качестве источника углерода пируват, ацетат или глюкозу в концентрациях 0.1-4%, а в качестве источника азота аммонийные, нитратные соли или мочевину в концентрациях 0.4-2%. Для роста штамма не требуются дорогостоящие компоненты, такие как витамины, аминокислоты или экстракты.To obtain cells of the inventive strain in large quantities and with high activity of nitrile hydratase and amidase, the strain is grown at 25-30 ° C for 24-72 hours on synthetic media containing pyruvate, acetate or glucose as a carbon source in concentrations of 0.1-4%, and as a source of nitrogen, ammonium, nitrate salts or urea in concentrations of 0.4-2%. Expensive components such as vitamins, amino acids or extracts are not required for the growth of the strain.

Отличительная особенность заявляемого штамма состоит в его способности синтезировать ферменты нитрилгидратазу и амидазу конститутивно, т.е. в отсутствии в среде известных индукторов, таких как нитрилы, амиды органических кислот (табл.1). При этом заявляемый штамм ВКПМ Ас-1728 проявляет более высокую активность обоих этих ферментов, чем родительский штамм ВКПМ S-926.A distinctive feature of the claimed strain is its ability to synthesize nitrile hydratase and amidase enzymes constitutively, i.e. in the absence of known inducers in the medium, such as nitriles, amides of organic acids (Table 1). In this case, the inventive strain VKPM As-1728 exhibits a higher activity of both of these enzymes than the parent strain VKPM S-926.

Таблица 1.Table 1. Нитрилгидратазная и амидазная активности заявляемого штамма ВКПМ Ас-1728 в сравнении с родительским штаммом ВКПМ S-926.The nitrile hydratase and amidase activities of the claimed strain VKPM As-1728 in comparison with the parent strain VKPM S-926. ШтаммStrain Удельная активность нитрилгидратазы, мкМ акриламида/мин·мг клеток по сухой массеThe specific activity of nitrile hydratase, μm acrylamide / min · mg cells by dry weight Удельная активность амидазы, мкМ акрилата/мин·мг клеток по сухой массеThe specific activity of amidase, μm acrylate / min · mg cells by dry weight Без индуктораWithout inductor С индукторомWith inductor Без индуктораWithout inductor С индукторомWith inductor ВКПМ Ас-1728VKPM As-1728 100one hundred 120120 2,32,3 2,52,5 ВКПМ S-926VKPM S-926 66 6767 0.050.05 0.10.1

Для определения активности ферментов штаммы выращивают при 30°С с интенсивной аэрацией (200 об/мин) в колбах Эрленмейера (объемом 750 мл), содержащих по 150 мл питательной среды следующего состава (мас.%): К2HPO42O - 0.05; КН2PO4 - 0.05; MgSO4 7H2O - 0.05; FeSO4 7H2О - 0.0005; CoCl2 6H2O - 0.001; пируват натрия - 0,5 и NH4Cl - 0,2; вода - остальное. Через 24 ч полученные культуры разделяют на две части и к одной из них добавляют индуктор - ацетамид (2 г/л) и продолжают культивировать еще 20 часов. Клетки отделяют с помощью центрифугирования и используют для определения активности нитрилгидратазы и амидазы.To determine the activity of enzymes, the strains were grown at 30 ° C with intensive aeration (200 rpm) in Erlenmeyer flasks (750 ml in volume) containing 150 ml of culture medium of the following composition (wt.%): K 2 HPO 42 O - 0.05; KH 2 PO 4 - 0.05; MgSO 4 7H 2 O - 0.05; FeSO 4 7H 2 O - 0.0005; CoCl 2 6H 2 O - 0.001; sodium pyruvate - 0.5; and NH 4 Cl - 0.2; water is the rest. After 24 hours, the resulting cultures were divided into two parts and an inducer, acetamide (2 g / l), was added to one of them and cultivation continued for another 20 hours. Cells are separated by centrifugation and used to determine the activity of nitrile hydratase and amidase.

Ферментативную активность штамма определяют по измерению скорости гидролиза 1% раствора акрилонитрила (для нитрилгидратазы) или акриламида (для амидазы) при 20°С. За единицу активности принимают количество ферментативной активности, необходимой для превращения 1 мкм субстрата в продукт за 1 мин.The enzymatic activity of the strain is determined by measuring the hydrolysis rate of a 1% solution of acrylonitrile (for nitrile hydratase) or acrylamide (for amidase) at 20 ° C. The unit of activity is the amount of enzymatic activity required to convert 1 μm of the substrate into a product in 1 min.

Концентрацию акрилонитрила, акриламида и акрилата аммония определяют с помощью жидкостной хроматографии высокого давления (Moreau et al., Analyst, 1991, р.1381-1383). Удельную активность нитрилгидратазы выражают в мкМ акриламида/мин·мг клеток по сухой массе. Удельную активность амидазы выражают в мкМ акрилата/мин·мг клеток по сухой массе.The concentrations of acrylonitrile, acrylamide and ammonium acrylate are determined by high pressure liquid chromatography (Moreau et al., Analyst, 1991, p. 1381-1383). The specific activity of nitrile hydratase is expressed in μM acrylamide / min · mg cells by dry weight. The specific activity of amidase is expressed in μM acrylate / min · mg cells by dry weight.

Способ в общем виде осуществляют следующим образом.The method in General is as follows.

Способ получения смешанных растворов акриламида и акрилата аммония осуществляют путем смешивания водного раствора либо акрилонитрила, либо акриламида с водной суспензией биокатализатора в термостатируемом сосуде (при температуре от 4 до 55°С, предпочтительнее от 18 до 30°С) с последующим перемешиванием (от 100 до 250 об/мин). Значение рН варьирует от 4 до 10, предпочтительнее от 6 до 8. Концентрация биокатализатора (в расчете на сухой вес) варьирует от 0.4 мг до 4 мг на 1 мл реакционной смеси и определяет соотношение компонентов получаемых смешанных растворов акриламида и акрилата аммония.The method of obtaining mixed solutions of acrylamide and ammonium acrylate is carried out by mixing an aqueous solution of either acrylonitrile or acrylamide with an aqueous suspension of the biocatalyst in a thermostatic vessel (at a temperature of 4 to 55 ° C, preferably from 18 to 30 ° C), followed by stirring (from 100 to 250 rpm). The pH value varies from 4 to 10, preferably from 6 to 8. The concentration of the biocatalyst (calculated on dry weight) varies from 0.4 mg to 4 mg per 1 ml of the reaction mixture and determines the ratio of the components of the obtained mixed solutions of acrylamide and ammonium acrylate.

Биокатализатор, обладающий удельной нитрилгидратазной активностью не менее 60 ед/мг и амидазной активностью не менее 0,5 ед/мг, используют как в виде свободных клеток заявляемого штамма, полученных путем отделения от культуральной жидкости центрифугированием и последующим суспендированием в дистиллированной воде, так и в иммобилизованном виде, например в виде клеток, включенных в гель полиакриламида.A biocatalyst having a specific nitrile hydratase activity of at least 60 u / mg and an amidase activity of at least 0.5 u / mg is used both as free cells of the inventive strain obtained by separation from the culture fluid by centrifugation and subsequent suspension in distilled water, and in immobilized form, for example in the form of cells included in the polyacrylamide gel.

Как акрилонитрил, так и акриламид вводят в реактор или одномоментно, или порциями, или непрерывно. При этом концентрация акрилонитрила или акриламида в реакционной среде составляет от 0.5 до 7%, предпочтительнее от 0.5 до 2%.Both acrylonitrile and acrylamide are introduced into the reactor either simultaneously, or in portions, or continuously. The concentration of acrylonitrile or acrylamide in the reaction medium is from 0.5 to 7%, preferably from 0.5 to 2%.

Заявляемый способ позволяет получать смешанные растворы акриламид/акрилат аммония в соотношениях от 0,5:99,5 до 99,5:0,5.The inventive method allows to obtain mixed solutions of acrylamide / ammonium acrylate in ratios from 0.5: 99.5 to 99.5: 0.5.

Пример 1.Example 1

5 мл культуры штамма Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ac-1728, предварительно выращенной в течение 2 суток при 30°С на среде следующего состава (мас.%): K2HPO4·3Н2О - 0.05; КН2PO4 - 0.05; MgSO4·7Н2O - 0.05; FeSO4·7H2О - 0.0005; CoCl2·6H2O - 0.001; глюкоза - 4; мочевина - 0,2, вода - остальное, вносят в колбу Эрленмейера, содержащую 150 мл питательной среды того же состава, и инкубируют в течение 72 ч при 30°С и перемешивании со скоростью (200 об/мин). Клетки отделяют с помощью центрифугирования (10000 об/мин). Часть клеток хранят в замороженном виде при - 20°С, а оставшуюся часть суспендируют в 10 мМ фосфатном буфере (рН 7.0) (Рабинович и Хавин. Краткий химический справочник, М.: Химия, 1991, стр.280) до концентрации 12,0 мг клеток/мл и хранят при +4°С. Полученные таким образом клетки обладают удельной нитрилгидратазной активностью 120 ед/мг и амидазной активностью 2,5 ед/мг.5 ml of a culture of the strain Rhodococcus rhodochrous VKPM Ac-1728, previously grown for 2 days at 30 ° C on a medium of the following composition (wt.%): K 2 HPO 4 · 3H 2 O - 0.05; KH 2 PO 4 - 0.05; MgSO 4 · 7H 2 O - 0.05; FeSO 4 · 7H 2 O - 0.0005; CoCl 2 · 6H 2 O - 0.001; glucose - 4; urea — 0.2, water — the rest, introduced into an Erlenmeyer flask containing 150 ml of culture medium of the same composition, and incubated for 72 hours at 30 ° C and stirring at a speed of 200 rpm. Cells are separated by centrifugation (10,000 rpm). Some of the cells are stored frozen at -20 ° C, and the remaining part is suspended in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) (Rabinovich and Khavin. Brief chemical reference book, Moscow: Chemistry, 1991, p. 280) to a concentration of 12.0 mg cells / ml and stored at + 4 ° C. The cells thus obtained have a specific nitrile hydratase activity of 120 u / mg and an amidase activity of 2.5 u / mg.

Пример 2.Example 2

2,1 мл суспензии клеток заявляемого штамма, полученной, как в примере 1, вносят в стеклянный сосуд объемом 100 мл с магнитной мешалкой и системой термостатирования. Затем туда же добавляют 17,7 мл дистиллированной воды. С помощью перистальтического насоса с постоянной скоростью 1,06 мл/ч в реакционную смесь добавляют чистый акрилонитрил. Процесс проводят при перемешивании со скоростью 200 об/мин и температуре 18-20°С. Через 5 часов процесс завершают, клетки отделяют центрифугированием (10000 об/мин), а в полученном супернатанте определяют концентрации акриламида и акрилата аммония, которые равны 20% и 10% соответственно.2.1 ml of a cell suspension of the inventive strain obtained as in example 1, is introduced into a 100 ml glass vessel with a magnetic stirrer and a temperature control system. Then 17.7 ml of distilled water are added there. Using a peristaltic pump at a constant speed of 1.06 ml / h, pure acrylonitrile was added to the reaction mixture. The process is carried out with stirring at a speed of 200 rpm and a temperature of 18-20 ° C. After 5 hours, the process is completed, the cells are separated by centrifugation (10,000 rpm), and the concentrations of acrylamide and ammonium acrylate, which are equal to 20% and 10%, are determined in the obtained supernatant.

Пример 3.Example 3

Процесс осуществляют, как в примере 2, но суспензию заявляемого штамма вносят в количестве 4,2 мл, дистиллированную воду добавляют в количестве 15,6 мл. В результате получают раствор, содержащий 15,3% акриламида и 16% акрилата аммония.The process is carried out as in example 2, but a suspension of the inventive strain is added in an amount of 4.2 ml, distilled water is added in an amount of 15.6 ml. The result is a solution containing 15.3% acrylamide and 16% ammonium acrylate.

Пример 4.Example 4

Процесс осуществляют, как в примере 2, но суспензию заявляемого штамма вносят в количестве 6,7 мл, дистиллированную воду добавляют в количестве 13,1 мл. В результате получают раствор, содержащий 10,6% акриламида и 19,6% акрилата аммония.The process is carried out as in example 2, but a suspension of the inventive strain is added in an amount of 6.7 ml, distilled water is added in an amount of 13.1 ml. The result is a solution containing 10.6% acrylamide and 19.6% ammonium acrylate.

Пример 5.Example 5

В стеклянный сосуд объемом 1000 мл с магнитной мешалкой и системой термостатирования вносят 238 мл 40% раствора акриламида, полученного из акрилонитрила с помощью биокатализатора М33 (патент РФ 2053300), 95,2 мл клеточной суспензии заявляемого штамма, полученной, как в примере 1, и 23,8 мл дистиллированной воды. Процесс ведут при 18-20°С и постоянном перемешивании (200 об/мин). Через пять часов реакцию останавливают, отделяя клетки с помощью центрифугирования (10000 об/мин). Полученный раствор содержит 15,2% акриламида и 15,5% акрилата аммония.In a 1000 ml glass vessel with a magnetic stirrer and a temperature control system, 238 ml of a 40% solution of acrylamide obtained from acrylonitrile using biocatalyst M33 (RF patent 2053300), 95.2 ml of a cell suspension of the inventive strain obtained as in example 1, and 23.8 ml of distilled water. The process is carried out at 18-20 ° C and constant stirring (200 rpm). After five hours, the reaction was stopped by separating the cells by centrifugation (10,000 rpm). The resulting solution contains 15.2% acrylamide and 15.5% ammonium acrylate.

Пример 6.Example 6

Для получения иммобилизованной формы биокатализатора к 2 мл клеточной суспензии (40 мг клеток по сухой массе/мл), полученной, как в примере 1, добавляют 2,25 мл раствора, содержащего 20% акриламида и 0,8% N,N-метиленбисакриламида. Добавляют 250 мкл 1,6% раствора персульфата калия и 25 мкл N-тетраметилэтилендиамина (ТЕМЕД). Процесс гелеобразования проводят при 4°С в течение 60 мин. Блок геля механически фрагментируют, используя сито с диаметром отверстий 0,25 мм.To obtain an immobilized form of the biocatalyst, to 2.2 ml of a solution containing 20% acrylamide and 0.8% N, N-methylenebisacrylamide is added to 2 ml of a cell suspension (40 mg of cells by dry weight / ml) obtained as in Example 1. 250 μl of a 1.6% potassium persulfate solution and 25 μl of N-tetramethylethylenediamine (TEMED) are added. The gelation process is carried out at 4 ° C for 60 minutes The gel block is mechanically fragmented using a sieve with a hole diameter of 0.25 mm.

4,5 г полученных гранул вносят в стеклянный сосуд объемом 100 мл с магнитной мешалкой и системой термостатирования. Затем в сосуд добавляют 20,0 мл дистиллированной воды. Чистый акрилонитрил добавляют в реакционную смесь с помощью перистальтического насоса с постоянной скоростью 1,0 мл/ч при температуре 18-20°С. Через 5 ч после отделения гранул центрифугированием (5000 об/мин) получают раствор, содержащий 9,4% акриламида и 11,5% акрилата аммония.4.5 g of the obtained granules are introduced into a 100 ml glass vessel with a magnetic stirrer and a temperature control system. Then, 20.0 ml of distilled water is added to the vessel. Pure acrylonitrile is added to the reaction mixture using a peristaltic pump at a constant speed of 1.0 ml / h at a temperature of 18-20 ° C. 5 hours after separation of the granules by centrifugation (5000 rpm), a solution containing 9.4% acrylamide and 11.5% ammonium acrylate is obtained.

Таким образом, получен штамм Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ac-1728, обладающий уникальной ферментной системой гидролиза нитрилов и амидов, включающей ферменты нитрилгидратазу и амидазу. На его основе разработан способ получения акриловых мономеров, позволяющий получать смешанные растворы двух мономеров - акриламида и акрилата аммония в различных соотношениях.Thus, a strain of Rhodococcus rhodochrous VKPM Ac-1728 was obtained, which has a unique enzyme system for the hydrolysis of nitriles and amides, including nitrile hydratase and amidase enzymes. Based on it, a method for producing acrylic monomers was developed, which allows one to obtain mixed solutions of two monomers - acrylamide and ammonium acrylate in various ratios.

Штамм Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ac-1728 рекомендуется использовать для промышленного получении акриловых мономеров.The strain Rhodococcus rhodochrous VKPM Ac-1728 is recommended for industrial production of acrylic monomers.

Claims (2)

1. Способ получения смешанного раствора акриламида и акрилата аммония путем гидролиза либо акрилнитрила, либо акриламида при использовании в качестве биокатализатора штамма бактерий Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ас-1728.1. A method of obtaining a mixed solution of acrylamide and ammonium acrylate by hydrolysis of either acrylonitrile or acrylamide when using the bacterial strain Rhodococcus rhodochrous VKPM Ac-1728 as a biocatalyst. 2. Штамм бактерий Rhodococcus rhodochrous ВКПМ Ас-1728, обладающий ферментной системой гидролиза нитрилов и амидов, включающей ферменты нитрилгидратазу и амидазу.2. The bacterial strain Rhodococcus rhodochrous VKPM As-1728, having an enzyme system for the hydrolysis of nitriles and amides, including the enzymes nitrile hydratase and amidase.
RU2006106496/13A 2006-03-02 2006-03-02 Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same RU2304165C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006106496/13A RU2304165C1 (en) 2006-03-02 2006-03-02 Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006106496/13A RU2304165C1 (en) 2006-03-02 2006-03-02 Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2304165C1 true RU2304165C1 (en) 2007-08-10

Family

ID=38510839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006106496/13A RU2304165C1 (en) 2006-03-02 2006-03-02 Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2304165C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468084C1 (en) * 2011-06-16 2012-11-27 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Гель-Плюс" Biotechnological method of obtaining acrylamide
US9518279B2 (en) 2012-12-27 2016-12-13 Kemira Oyj Bacterial strain Rhodococcus aetherivorans VKM Ac-2610D producing nitrile hydratase, method of its cultivation and method for producing acrylamide
US10655152B2 (en) 2014-09-30 2020-05-19 Solenis Technologies, L.P. Method for producing an amide
CN113195727A (en) * 2018-10-18 2021-07-30 巴斯夫欧洲公司 Process for producing acrylic acid or a salt thereof
RU2824556C2 (en) * 2022-12-27 2024-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing mixed solution of acrylic monomers and bacterial strain for implementation thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1731814A1 (en) * 1990-05-17 1992-05-07 Саратовский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленныхмикроорганизмов Strain of bacteria phodococcus rhodochrous - a producer of mitrile hydratase
US5135858A (en) * 1990-02-28 1992-08-04 Hideaki Yamada Process for biological production of organic acids
RU2053300C1 (en) * 1993-12-17 1996-01-27 Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Strain of bacterium rhodococcus rhodochrous - a producer of nitrile hydratase
US6670158B2 (en) * 2002-02-05 2003-12-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for producing methacrylic acid acrylic acid with a combination of enzyme catalysts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5135858A (en) * 1990-02-28 1992-08-04 Hideaki Yamada Process for biological production of organic acids
SU1731814A1 (en) * 1990-05-17 1992-05-07 Саратовский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленныхмикроорганизмов Strain of bacteria phodococcus rhodochrous - a producer of mitrile hydratase
RU2053300C1 (en) * 1993-12-17 1996-01-27 Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Strain of bacterium rhodococcus rhodochrous - a producer of nitrile hydratase
US6670158B2 (en) * 2002-02-05 2003-12-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for producing methacrylic acid acrylic acid with a combination of enzyme catalysts

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2468084C1 (en) * 2011-06-16 2012-11-27 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Гель-Плюс" Biotechnological method of obtaining acrylamide
US9518279B2 (en) 2012-12-27 2016-12-13 Kemira Oyj Bacterial strain Rhodococcus aetherivorans VKM Ac-2610D producing nitrile hydratase, method of its cultivation and method for producing acrylamide
US10138459B2 (en) 2012-12-27 2018-11-27 Kemira Oyj Bacterial strain Rhodococcus aetherivorans VKM Ac-2610D producing nitrile hydratase, method of its cultivation and method for producing acrylamide
US10655152B2 (en) 2014-09-30 2020-05-19 Solenis Technologies, L.P. Method for producing an amide
RU2730624C2 (en) * 2014-09-30 2020-08-24 Басф Се Agents and methods for producing amide compounds with less acrylic acid
CN113195727A (en) * 2018-10-18 2021-07-30 巴斯夫欧洲公司 Process for producing acrylic acid or a salt thereof
US12203114B2 (en) 2018-10-18 2025-01-21 Basf Se Method for the production of acrylic acid or salts thereof
RU2824559C2 (en) * 2022-12-22 2024-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing mixed solution of acrylic monomers and bacterial strain for implementation thereof
RU2836346C2 (en) * 2022-12-22 2025-03-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing ammonium acrylate solution and bacterial strain for its implementation
RU2824556C2 (en) * 2022-12-27 2024-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of producing mixed solution of acrylic monomers and bacterial strain for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2053300C1 (en) Strain of bacterium rhodococcus rhodochrous - a producer of nitrile hydratase
SU1512488A3 (en) Method of producing amide
NO175489B (en) Process for the preparation of an amide
RU2520870C1 (en) Bacterial strain rhodococcus aetherivorans of russian classification of microorganisms bkm ac-2610d - producer of nitrile hydrase, method of its cultivation and method of production of acrylamide
CN109153966B (en) Biotechnological process for producing acrylamide and related novel strain
JP4708677B2 (en) Method for producing amide compound using microbial catalyst
US5179014A (en) Process for the preparation of amides using microorganisms
EP0204555B1 (en) Method of producing an amide utilizing a microorganism
US5200331A (en) Method of producing an amide utilizing a microorganism
KR20040086309A (en) Method for producing methacrylic acid and acrylic acid with a combination of enzyme catalysts
RU2304165C1 (en) Method for production of acrylic monomers and bacterium strain rhodococcus rhodochrous producing the same
KR20040086308A (en) Method for producing 2-hydroxyisobutyric acid and methacrylic acid from acetone cyanohydrin
SU1731814A1 (en) Strain of bacteria phodococcus rhodochrous - a producer of mitrile hydratase
RU2077588C1 (en) Method of acrylamide preparing
CN1886429B (en) Process for producing polymers
JPH0440898A (en) Biological production method of α-hydroxy-4-methylthiobutyric acid
Xudong et al. Bioconversion of acrylnitrile to acrylamide using hollow-fiber membrane bioreactor system
JPH04304892A (en) Biological production of glycine
JPH04365491A (en) Production of 4-halo-3-hydroxybutylamide
RU2399672C1 (en) Biocatalytic method of n-substituted aliphatic acrylamide synthesis and rhodococcus erythropolis bacteria strain for implementation thereof
RU2824556C2 (en) Method of producing mixed solution of acrylic monomers and bacterial strain for implementation thereof
RU2836346C2 (en) Method of producing ammonium acrylate solution and bacterial strain for its implementation
RU2824559C2 (en) Method of producing mixed solution of acrylic monomers and bacterial strain for implementation thereof
RU2539033C1 (en) RECOMBINANT BACTERIUM STRAIN Rhodococcus rhodochrous HAVING CONSTITUTIVE ACYLATING ACTIVITY, AND METHOD OF SYNTHESIS OF N-REPLACED ACRYLAMIDES USING THIS STRAIN AS BIOCATALYST
RU2731289C2 (en) Method for constructing a biocatalyst strain based on bacteria of the genus rhodococcus, having nitrilase activity and high operational stability, recombinant strain of rhodococcus rhodochrous bacteria produced by such method, a method for synthesis of acrylic acid using this strain as a biocatalyst

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20170327

PD4A Correction of name of patent owner