L-苯丙氨酸,是八种必需氨基酸之一,是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料,其最有潜力的应用是合成新型保健甜味剂阿斯巴甜,最近,L-苯丙氨酸被证实具有提神醒脑、减肥和抗癌等功效,使得市场对L-苯丙氨酸的需求猛增。 利用固定化E. coli细胞,将苯丙酮酸转化为L-苯丙氨酸,是制备L-苯丙氨酸最有发展潜力的一条途径,本论文通过壳聚糖、半透膜、中空纤维膜反应器对E. coli细胞进行了固定化,探索了它们在转化苯丙酮酸为L-苯丙氨酸的反应中的条件和性能,并将其与游离细胞的性能作了比较,试图揭示生物催化和生物转化中有关规律,对实验室探索L-苯丙氨酸的制备工艺以及大规模生产L-苯丙氨酸提供理论依据。 对于游离细胞,反应的最适pH为8.0,最适温度为50℃,初速度时间范围是20～90分钟,在细胞投入量为1.17～5.50%的范围内,反应速度与之成正比,在pH8.0、温度37℃的条件下,反应动力学方程的参数为V_m=0.0109mol ·L^-1·h^-1、K_a=0.0089 mol·L^-1、K_b=0.0037 mol·L^-1,高浓度底物对反应有促进作用,高浓度产物对反应有抑制作用。借助Matelab软件,用双倒数作图法求出双底物双产物乒乓机制的酶促反应动力学方程的参数是本论文的一个创新点。 壳聚糖固定化细胞反应的最适pH为8.0,最适温度为37℃,与游离细胞的相同,初速度时间范围是30～240分钟,固定化细胞投入量在3.33%～13.3%范围内反应速度与之成正比,在pH8.0、温度37℃的条件下,反应动力学方程参数为V_m=0.043 mol·L^-1·h^-1、K_a=0.0697 mol·L^-1、K_b=0.000098 mol·L^-1,表明细胞被固定化后,酶对PPA的亲和力下降了,对Asp的亲和力提高了。固定化细胞比活力是随着细胞投入量的增加而变大的,而固定化细胞酶活回收率却随着细胞投入量的增加而变小,在细胞投入量为10%时,壳聚糖固定化细胞的酶活回收率为70.7%。酶活半衰期为2-3天,转化率半衰期超过8天。对壳聚糖固定化细胞的废弃之反应液的测定发现,确有残余酶活,肉眼以及显微镜观察固定化细胞颗粒未能发现其溶胀或者破裂现象,因此,残余酶活可能是细胞破裂导致酶分子逸出以及凝胶表面细胞的丢失造成的。 将细胞密封于半透膜和中空纤维膜反应器中也能达到固定化细胞的目的。随