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·1318· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

250 mmol/L 的底物反应 5 h 时达到平衡，IDA 产率 系在摇床中振荡进行，反应过程没有控制 pH，50 mL
只有 90%左右；底物浓度增加到 250 mmol/L 及以上 反应体系通过电位滴定仪控制 pH 恒定。腈水解酶
时，即使延长反应时间，IDAN 依然无法水解完全， 催化 IDAN 水解会释放出氨气使体系 pH 升高。其
+
IDA 产率随着 IDAN 浓度的增加而减小。可见从 次，IDA 与 Na 成盐，亚氨基二乙酸钠属强碱弱酸
250 mmol/L 开始出现了底物毒害或抑制现象。因此， 盐，它也使反应体系变碱。在 50 mL 反应体系放大
选择 200 mmol/L 的 IDAN 作为催化反应的最佳底物 研究中观察到随着反应的进行 pH 一直上升。所以
浓度。 在放大体系中通过 pH 的控制更加利于腈水解酶催
2.2.5 固定化细胞投量对催化反应的影响 化活力的发挥。另外，5 mL 反应体系通过气浴控温、
合适的生物催化剂用量可以缩短反应时间，提 振荡反应，50 mL 反应体系通过水浴控温、磁力搅
高时空产率。壳聚糖固定化细胞投量对催化 IDA 合 拌反应，相比较而言，50 mL 体系控温更准确、搅
成的影响见图 6。 拌更充分。

3 结论

本研究从催化剂形式、催化反应过程优化、体
系放大 3 个方面考察了金黄节杆菌 CYC705 腈水解
酶催化 IDA 的合成，主要结论如下：（1）考察了
HA 固定化酶、EP 固定化酶、海藻酸钠固定化细胞、
壳聚糖固定化细胞和游离全细胞作为生物催化剂的
可能性，发现壳聚糖固定化细胞催化效率最高、稳
定性最好，是较适宜的催化剂形式；（2）确定了以

50 mmol/L pH=6.6 的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液作为

图 6 壳聚糖固定化细胞投量对催化 IDA 合成的影响 反应介质，底物 IDAN 浓度 200 mmol/L，反应体系
Fig. 6 Effect of additive amount of chitosan immobilized 中添加 CoCl 2 至终浓度为 1 mmol/L，反应温度 37 ℃，
cells on the synthesis of IDA 催化剂投量 0.25 g 固定化细胞每 5 mL 反应体积等

如图 6 所示，随着固定化细胞投量的增加，IDA 最佳反应条件；（3）由于 pH 控制方式、温控方式
和混合方式的改变，反应体系放大 10 倍后，催化
产率随之增加。当固定化细胞的投量为 0.25 g 时，
200 mmol/L 的 IDAN 完全转化为 IDA 所需时间为
IDA 产率达到最大。之后再增加固定化细胞量，IDA
1 h。本研究为金黄节杆菌 CYC705 腈水解酶用于
产率也不再增加。因此，确定合适的固定化细胞投
IDA 的工业生物催化合成奠定了基础。
量为 0.25 g（即在 200 mmol/L 的 IDAN 中投入含 27.5
U 腈水解酶酶活的壳聚糖固定化细胞）。 参考文献：
综上，最佳的壳聚糖固定化细胞催化 IDA 合成 [1] Feng Lian Xiang (冯练享), Chen Jun Zhi (陈均志), Ren Bian Li (任
条件为：以 50 mmol/L pH =6.6 的磷酸氢二钠-柠檬 便利 ). Manufacture and utilization of iminodiacetic acid[J].
Agrochemicals (农药), 2006, 45(1): 12-14.
酸缓冲液作为反应介质，底物 IDAN 浓度 200 mmol/L， [2] Chen Dan (陈丹), Li Jian (李健), Li Guo Ru (李国儒), et al. Synthesis
反应体系中添加 CoCl 2 至终浓度为 1 mmol/L，反应 technologies for glyphosate[J]. Chemical Industry and Engineering
Progress (化工进展), 2013, 32(7): 1635-1640, 1665.
温度 37 ℃，固定化细胞投量 0.25 g 固定化细胞。在 [3] Su Shao Quan (苏少泉). Glyphosate review[J]. Agrochemicals (农
此条件下反应 2 h，可将 IDAN 完全转化为 IDA。 药), 2005, 44(4): 145-149.
[4] Zhao Wei Dong (赵卫东), Zhou Yue Guo (周月国), Zhang Hui (张
2.3 反应体系放大 辉 ). Manufacturing technics optimization of glyphosate and
利用自动电位滴定仪与 200 mL 夹套水浴反应 PMIDA[J]. Modern Agrochemicals (现代农药), 2006, 5(4): 18-20.
[5] Xu Liu Xing (徐六兴), Xu Wen Song (许文松), Wang Bei (王蓓),
杯组装成一个可控温、磁力搅拌和控制 pH 的小型
et al. Process for preparation of iminodiacetic acid[J]. Agrochemicals
反应装置。将 2.2 节中优化的反应体系放大 10 倍到 (农药), 2006, 45(11): 751-753.
[6] Wei Yi ( 韦毅 ). Improvement on production process of
50 mL。在优化的参数下进行反应，每隔 0.5 h 取样
N-(phosphonomethyl) iminodiacetic acid [J]. Technology & Development
分析 IDA 产率。结果发现，在 50 mL 反应体系中催 of Chemical Industry (化工技术与开发), 2008, 37(6): 39-40.
化 200 mmol/L IDAN 完全水解为 IDA 仅需要 1 h， [7] Berk H C, Franczyk T S, Weisenfeld R B. Process for making
iminodiacetic acid compounds from monoethanolamine substrate:
催化时间仅为 5 mL 反应体系的 50%，催化效率、 US7064235 [P]. 2006-06-20.
时空产率明显增加。 [8] Dou Yan Rong (窦艳容), Li Jin (李晋), Zheng You Song (郑幼松),
et al. Improved synthesis of N-(phosphonomethyl) iminodiacetic acid
分析原因可能有以下两点：首先，5 mL 反应体 by iminodiacetonitrile route[J]. Agrochemicals (农药), 2017, 56(1):