[发明专利]一种生物催化氧化丙烯制备环氧丙烷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物催化氧化丙烯制备环氧丙烷的方法；特别涉及一种利用甲烷氧化菌发酵液直接催化氧化丙烯制备环氧丙烷的方法。

背景技术

甲烷氧化菌中的甲烷单加氧酶(MMO)能氧化丙烯生成1，2-环氧丙烷，如式(1)。为此研究者们把丙烯氧化生成环氧丙烷作为MMO总活性测定的标准反应。环氧丙烷是重要的基础化工原料，大量用于聚氨酯塑料、不饱和树脂和表面活性剂的生产。环氧丙烷的衍生物还广泛用于食品、烟草、医药及化妆品等行业。已生产的下游产品近百种，是精细化工产品的重要原料，发展前景广阔。

CH₃CHCH₂+O₂+NADH+H⁺＝CH₃CHCH₂O+H₂O+NAD⁺    式(1)

目前工业上主要采用过酸、过氧化物或氯醇法生产环氧丙烷。氯醇法为目前工业应用最为广泛的环氧丙烷生产工艺，丙烯在液氯作用下发生氯醇化反应，生成中间产物氯丙醇及副产物二氯丙烷和二氯二异丙醚；中间产物氯丙醇在NaOH或Ca(OH)2的作用下发生皂化反应生成产物环氧丙烷及副产物丙二醇。在该工艺中，氯并没有进入到产品中，而是最终转化为CaCl₂随着废水排放，整个工艺能耗高，环境污染严重。每生产1吨环氧丙烷将产生2吨CaCl₂废渣、40～80吨废水、50～150kg二氯丙烷。这些方法不仅污染环境而且造成大量的副产品。因此，科学家和世界各大生产厂商，一直在寻找成本低的绿色生产新方法。甲烷氧化菌中的MMO由于可在常温常压下用空气作氧化剂，直接氧化丙稀，一步生成环氧丙烷，反应工序少；而且除了产物环氧丙烷外，只有水产生，整个反应过程无污染。相比于目前化学工业中所使用的方法，MMO生物催化的方法转化率更高，工艺更加环保，显示出了巨大的应用潜力。

MMO氧化生产环氧丙烷的研究主要包括菌种的分离，培养及反应条件的改进、细胞固定化及生物反应器设计等。已有报道的利用甲烷氧化菌催化氧化制备环氧丙烷最大积累浓度为5mM。

关于甲烷氧化菌用于催化氧化丙烯制备环氧丙烷的研究，所得到的环氧丙烷的浓度均不高，不能满足工业生产的需要。由于有活性的MMO纯酶难于获得，而且纯化成本很高，利用甲烷氧化菌进行工业生物催化必须以整细胞形式进行。目前催化丙烯制备环氧丙烷的体系均采用“生长——催化”两步法进行，即在甲烷氧化菌培养基中培养或复性甲烷氧化菌，既而在缓冲溶液中进行催化，因此发酵获得的细胞必须经过离心——洗涤——重悬的复杂过程，耗时耗力，且难以实现连续生物催化。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物催化氧化丙烯制备环氧丙烷的方法。

本发明所提供的生物催化氧化丙烯制备环氧丙烷的方法，是在发酵得到的甲烷氧化菌液中直接通入丙烯以及氧气或空气，催化反应得到环氧丙烷。

所述方法中，所述甲烷氧化菌液的OD₆₆₀为0.5-3.0。

所述方法中，所述催化反应的温度为35℃-45℃。

所述方法中，所述催化反应得到的环氧丙烷通过冷凝回收。

所述方法中，所述甲烷氧化菌为甲基杆菌(Methylobacter whittenburyi)，甲基单胞菌(Methylomonas probus)，Methylosoma、甲基微菌(Methylomicrobium album)，甲基球菌(Methylococcus capsulatus)，甲基暖菌(Methylocaldum)，甲基热菌(Methylothermus)、甲基盐菌(Methylohalobius crimeensis)，甲基八叠球菌(Methylosarcina quisquiliarum)，甲基球形菌(Methylosphaera)，甲基孢囊菌(Methylocystis sp.)，甲基弯菌(Methylosinus trichosporium)，Methylocapsa或Methylocella palustris。

其中甲基球菌(Methylococcus capsulatus)、甲基暖菌(Methylocaldum)、甲基热菌(Methylothermus)的最佳培养温度为42～45℃；其它甲烷氧化菌的最佳培养温度为30℃。

所述方法中，所述催化反应过程中或催化反应后发酵液在所述甲烷氧化菌的培养温度下，通入甲烷以及氧气或空气进行培养恢复所述甲烷氧化菌的催化能力。