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7-氨基头孢烷酸(7-ACA)是一种合成头孢菌素类抗生素的重要中间体。近年来，在它巨大的经济价值推动下，其生产方法已经完成了由高能耗、高污染的化学法向节能、环保的生物酶法的转变。有别于现在已经工业化的、应用D-氨基酸氧化酶和戊二酰-7-氨基头孢烷酸酰化酶进行7-ACA生产的两步酶法，本文关注的是利用头孢菌素C(CPC)酰化酶直接催化CPC生成7-ACA的一步酶法。
在本课题组的前期工作中，经过全局优化的CPC酰化酶的全基因已被成功合成。本文在此基础上，构建了带有CPC酰化酶基因的重组大肠杆菌，并实现了CPC酰化酶基因的高效表达，从而获得了大量的CPC酰化酶。为了避免生产过程中杂酶(酯酶和β内酰胺酶)对CPC和7-ACA的破坏作用，并且提高固定化酶载体的有效利用率，本文首先利用固定化金属离子亲和层析(IMAC)技术对CPC酰化酶的粗酶液进行了纯化。经过自制的以二价铜离子和亚氨基二乙酸(Cu2+-IDA)为配基的亲和层析柱的一步纯化，获得了纯度接近100％的CPC酰化酶。此外，本文还优化了一种氨基载体和三种环氧载体各自的固定化条件，从中筛选出了两种固定化效果较为突出的载体(SepabeadsFP-EA和LX1000-EP)，由此制备出了两种固定化酶，其表观酶活分别为85U/g和71U/g。最后，本文对比游离酶，重点考察了国产固定化酶的酶学性质及其催化性能。结果发现，经过固定化，CPC酰化酶的热稳定性和pH耐受性都得到了大幅提高。在25℃、pH8.5、CPC浓度30mg/mL，固定化酶投加量5U/mL的反应条件下反应60min时CPC的转化率达到99％，7-ACA的收率为97％，固定化酶连续完成24批催化后达到半衰期。
本论文探讨了一整套关于CPC酰化酶工业化应用的研究方法，内容包括酶的纯化、固定化及催化等。研究结果为一步酶法在工业生产中的大规模应用奠定了坚实的基础。