生产聚合物的方法

专利名称：生产聚合物的方法
技术领域：
本发明涉及用烯键式不饱和单体生产聚合物的方法。具体的说，本发明涉及其中烯键式不饱和单体用生物催化剂制备的方法。
采用生物催化剂如含有酶的微生物或者使用与微生物分离开来的酶来进行化学反应是众所周知的。已知各种烯键式不饱和单体可通过使用生物催化剂将底物原料转化成所需的单体来制备。
已知腈水合酶催化腈的水合，直接生成相应的酰胺。腈水合酶通常可由多种微生物合成，例如芽孢杆菌属(Bacillus)、无芽孢杆菌属(Bacteridium)、微球菌属(Micrococcus)、短杆菌属(Brevibacterium)、棒杆菌属(Corynebacterium)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、黄色杆菌属(Xanthobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、根瘤菌属(Rhizobium)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、肠杆菌属(Enterobacter)、欧文氏菌属(Erwinia)、气单胞菌气杆菌属(Aeromonas)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、无色杆菌属(Achromobacter)、土壤杆菌(Agrobacterium)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、红球菌属(Rhodococcus)和丛毛单胞菌属(Comamonas)的微生物。
已有许多关于微生物中腈水合酶的合成的论述。Arnaud等，Agric.Biol.Chem.41(11)2183-2191.(1977)描述了来自短杆菌R312株的他们称为‘乙腈酶’的酶的特性，该酶降解乙腈生成酰胺中间体，最终生成乙酸。Asano等，Agric.Biol.Chem.46(5)1183-1189(1982)分离了产生腈水合酶的绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)B23株，腈水合酶催化丙烯腈转化成丙烯酰胺，产生400g/L的丙烯酰胺。
已发现紫红红球菌的不同株能十分有效地产生腈水合酶。EP-0307 926描述了在含有钴离子的培养基中培养紫红红球菌(Rhodococcusrhodochrous)，具体为J1株。此腈水合酶可用于使腈水合生成酰胺，特别是使3-氰基吡啶转化成烟酰胺。在一个实施方案中，在其中存在腈底物的该微生物培养基中产生了酰胺。在另一个实施方案中，将腈底物加入到其中已积累了腈水合酶的培养基中，进行水合反应。还有记述说，分离微生物细胞，将它们维持在合适的载体中(例如通过固定化)，然后使它们与底物接触。在商业上也使用紫红红球菌J1株从丙烯腈生产丙烯酰胺单体，这种方法已由Nagasawa和Yamada，PureApply.Chem.671241-1256(1995)进行描述。EP-0362829描述了培养紫红红球菌的方法，所述方法包括用至少尿素和钴离子之一来制备具有腈水合酶活性的紫红红球菌细胞。具体描述的是紫红红球菌J1株。
Leonova等，Appl.Biochem.Biotechnol.88231-241(2000)题为“Nitrile Hydratase of Rhodococcus”的文章描述了紫红红球菌M8株的生长和其中腈水合酶的合成。这一菌株的腈水合酶合成由培养基中存在的尿素诱导，尿素还用作此菌生长的氮源。钴也为高腈水合酶活性所必需。这篇文章主要着眼于诱导和代谢效应。
Leonova等，Appl.Biochem.Biotechnol.88231-241(2000)也提到，俄罗斯用紫红红球菌M8株商业生产丙烯酰胺。俄罗斯专利第1731814号描述了紫红红球菌M8株。
US-A-5827699描述了不需要诱导物如尿素就产生腈水合酶的紫红红球菌M33株。该株从紫红红球菌M8株衍生。
特别希望通过生物催化途径生产丙烯酰胺单体。在Yamada和Kobayashi发表于Biosci.Biotech.Biochem.60(9)1391-1400(1996)的题为“Nitrile Hydratase and its Application to Industrial Production ofAcrylamide”的综述文章中，详细描述了生物催化途径生产丙烯酰胺的进展。该文还较为详细地描述了三代不断改进的丙烯酰胺生产用催化剂及其特性，特别是第三代催化剂紫红红球菌J1株。
已知可通过腈水解酶的作用直接从丙烯腈生产丙烯酸铵。WO-A-9721827描述了通过用腈水解酶在水存在下酶法水解(甲基)丙烯腈生产(甲基)丙烯酸铵浓溶液，溶液中基本不残留(甲基)丙烯腈，所述腈水解酶对(甲基)丙烯腈的Km低于500微摩尔，对(甲基)丙烯酸铵的Ki高于100,000微摩尔。所述腈水解酶可获自紫红红球菌。
Nagasawa等，Appl.Microbiol.Biotechnol.34322-324(1990)也描述了用紫红红球菌J1株的腈水解酶合成丙烯酸和甲基丙烯酸。他们关注了温度、丙烯腈浓度和pH条件对反应的作用。
如Bengis-Garber和Gutman在Appl.Microbiol.Biotechnol.3211-16(1989)中所述，腈水解酶也被用于催化二腈的选择性水解。他们用紫红红球菌NCIMB 11216株具体地将反丁烯二腈(fumaronitrile)选择性转化成3-氰基丙烯酸。
经常有描述说，用腈水合酶和酰胺酶的组合从相应的腈形成羧酸。例如，US-A-2003/0148480描述了使用睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)5-MGAM-4D株的腈水合酶和酰胺酶形成丙烯酸和甲基丙烯酸，获得高产率和高专一性。
标准的操作规范是，在用生物质生产单体之前要先从培养基中除去催化细胞，以避免单体被可能会不利地影响单体成功聚合的杂质所污染。
通常公认，即使少量的杂质也会影响单体的聚合或完全阻碍发生聚合。例如聚合反应所用的引发系统其用量极微，因此只需要少量的杂质即可使引发系统失活，从而阻止或立即停止聚合反应。这种杂质可对聚合物产生支化、交联、链终止或其他作用。虽然已知在聚合过程中可故意引入少量的特定物质来引发链转移、支化或交联，但这些物质是以控制方式引入到本来基本纯净的单体中，目的是产生特殊的分子结构。聚合技术的最新进展已使得有可能从基本纯净的单体出发，引入痕量的化学添加剂，以形成分子量极高的聚合物或具有特殊分子结构的聚合物。因此，有可能提供显示出特别适合于具体应用情况的性质的聚合物，所述具体应用情况例如使悬浮固形物脱水以提供改良的饼固形物(cake solids)或者在造纸领域中提供改进的保持、排水和形成三方面组合。
在生物催化剂存在下使烯键式不饱和单体聚合是已知的。例如，由WO-A-92/05205可知，可通过在聚合前将酰胺酶引入到单体混合物中，制备游离丙烯酰胺水平降低的聚丙烯酰胺。在这种方法中，从发酵液分离出含酰胺酶的微生物细胞。酰胺酶生物催化剂不在形成单体的生物催化步骤中添加，而是在单独的步骤中添加。使用相对较少量的酰胺酶悬浮液，这样可除去所形成的聚合物中残余水平的丙烯酰胺。该聚合方法采用相对较高水平的引发剂，形成用于土壤稳定的低分子量聚合物。
WO-A-97/06248描述了分别使用包括酰胺或腈的碳源，在碳限制条件下使用连续培养生产高稳定性酰胺酶或腈水解酶的方法。这种方法产生的酰胺酶可有效转化(甲基)丙烯酰胺生成(甲基)丙烯酸铵，可例如在丙烯酰胺的聚合过程中或之后加入。因此可将酰胺酶与(甲基)丙烯酰胺单体混合，以形成丙烯酸铵单体，或者可将酰胺酶与聚(甲基)丙烯酰胺混合，以将聚合物中残余的游离(甲基)丙烯酰胺转化成(甲基)丙烯酸铵。还公开了将酰胺酶和/或微生物混合在含丙烯酰胺的可聚合物混合物中，然后聚合产生聚合物，其中残余(甲基)丙烯酸铵含量降低。在这种方法中，酰胺酶生物催化剂不形成待聚合的单体，而是在单独的步骤中加入。
杂质在种类上倾向于变化，对聚合物会产生意想不到的和通常不需要的作用。即使少量的这种杂质都会不利地影响聚合物的分子结构，这种情况下使得聚合物产品不适合用于预定应用。
因此标准的操作规范是，避免在待聚合的单体中存在污染物，以防止对聚合物预定分子结构和性质造成的变化。无论单体是用人工催化剂还是用生物催化剂生产出来，这都是正确的。但是，生物法生产单体存在的更大风险是来自细胞物质和发酵液的污染。
通常应避免的污染物包括糖类、氨基酸、金属盐和多糖、蛋白质及其他有机产物，这些污染物来自用以产生生物质的培养基、废培养基、细胞生长产生的代谢物或细胞物质本身、由细胞裂解和分解产生的降解产物。
WO-A-02/088372描述了用生物催化剂生产丙烯酰胺水溶液的方法和装置。该方法涉及从丙烯酰胺产物中除去生物催化剂的分离方法。这种分离方法涉及使用离心机和任选组合的絮凝作用来除去生物催化剂。用水洗涤生物催化剂以除去残余单体，然后将水用于下一生物转化反应中。
Maestracci等，Adv.Biochem.Eng.Biotechnol.3669-115(1988)描述了用短杆菌R312株来将α-氨基腈转化成相应的氨基酸。产物用公知的技术分离，包括离心除去细胞，然后结晶。
Nagasawa等，Appl.Microbiol.Biotechnol.34322-324(1990)涉及用紫红红球菌J1株的腈水解酶生产丙烯酸和甲基丙烯酸。反应使用了于缓冲溶液中的J1株完全细胞，缓冲溶液中引入丙烯腈。该文章报告说获得39％的丙烯酸。离心反应混合物除去细胞，用乙醚从反应混合物中分离丙烯酸和甲基丙烯酸。
不管怎样从单体中除去生物催化剂和伴随的发酵原料——所述生物催化剂的形式为完整微生物细胞、部分细胞物质(可能为破碎细胞及其内容物和悬浮培养基的形式)、部分纯化的酶或纯化的酶——都是需要进行另外的处理，这可能代价高而且费时。因此希望更有成本效率地使用生物法生产的单体，以提供显示具体设计特征的聚合物产品。
根据本发明，我们提供制备烯键式不饱和单体的聚合物的方法，其中所述单体可从生物催化或发酵过程获得，且其中所述单体含有细胞物质和/或发酵液成分，所述方法通过使烯键式不饱和单体或包含烯键式不饱和单体的单体混合物发生聚合来形成聚合物，其中基本没有将细胞物质和/或发酵液成分从烯键式不饱和单体中除去。
希望烯键式不饱和单体可通过用生物催化剂转化能够被转化为烯键式不饱和单体的合适底物来制备。通常使底物与生物催化剂接触，从而将底物转化成含有细胞物质和任选发酵液成分的烯键式不饱和单体。或者烯键式不饱和单体也可作为发酵过程的产物而生产。生物催化剂宜包含微生物，而转化过程可在微生物细胞的内部或外部进行。在转化过程在细胞内部进行的情况下，该过程的形式可以是单一的胞内酶进行生物催化步骤，或者转化过程可构成微生物代谢途径的一部分，因此可能涉及数个生物催化步骤，以产生烯键式不饱和单体。
我们已经发现，有可能不需要除去生物催化剂或发酵液，就能生产出具有特殊设计的特征和性质的聚合物。所谓生物催化剂指的是具有催化能力的完整微生物细胞；部分微生物细胞；微生物细胞物质如悬浮培养基中的破碎细胞及其内容物；部分纯化的酶和纯化的酶；发酵培养基中或者另一种合适的悬浮介质(如水或生理相容性悬浮介质)中的完整微生物细胞或部分微生物细胞或酶。在下文中，生物催化剂这个术语指本文所述的微生物细胞和细胞物质，也指其他任何形式的已知生物催化剂——酶和与酶伴随的可能为生物催化活性所需要或不需要的任何细胞物质。此外，这种方法使得可以用生物催化剂生产烯键式不饱和单体，结果如人所愿，底物化合物转化率高，所形成的单体产率高，单体产物中底物化合物或副产物浓度非常低。通常认为，生物催化剂或发酵液的存在会对聚合反应和所形成的最终聚合物产品产生有害的影响。但是，与预料的相反，在生物催化剂或发酵液存在下使单体发生聚合，无任何损害地获得所需的聚合物。
因此，根据本发明，有可能避免除去生物催化剂或发酵液。因此有可能避免从发酵液中分离生物催化剂，这样单体可在生物催化剂和发酵液同时存在下发生聚合。或者可例如通过线内过滤器或通过离心或絮凝，将生物催化剂从发酵混合物中除去，这样单体在发酵液存在但生物催化剂基本不存在下进行聚合。还有可能在用生物催化剂形成单体之前只将发酵液除去，这样单体在生物催化剂存在下进行聚合。但是，优选在聚合之前单体中既不除去生物催化剂，也不除去发酵液。
因此，这种方法可避免在生产质量适宜的单体并实际上将单体用于制造商业级聚合物之前，进行从发酵液中移出生物催化剂所需的处理步骤。此外，这种方法优选避免在聚合前将单体从生物催化剂中移出的步骤。另外，单体可例如作为发酵产物来生产，用这种方式生产出的单体在聚合前不必先从发酵液中分离出来。
因此，本发明的方法可避免需要昂贵的分离设备以除去生物催化剂即前文所述的完整细胞或破碎细胞，所述分离设备可用来从发酵液中移出生物催化剂，或者在生产出单体产物之后除去生物催化剂。此外，也没有必要在聚合前先纯化单体。
生物催化剂应能够将底物转化为所需的单体。通常是微生物能够产生适用于目标转化的酶类。还优选的微生物包括提供酶的微生物，该酶可用于催化产生衣康酸、马来酸和(甲基)丙烯酸或其盐和衍生物，所述产物作为它们的代谢途径的一部分或者部分上来自代谢途径。例如，这可以是选自许多微生物属的微生物。这些微生物包括但不限于选自以下的微生物芽孢杆菌属(Bacillus)、无芽孢杆菌属(Bacteridium)、微球菌属(Micrococcus)、短杆菌属(Brevibacterium)、棒杆菌属(Corynebacterium)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、不动杆菌属(Acinetobacter)、黄色杆菌属(Xanthobacter)、链霉菌属(Streptomyces)、根瘤菌属(Rhizobium)、肠杆菌属(Enterobacter)、欧文氏菌属(Erwinia)、气单胞菌属(Aeromonas)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、无色杆菌属(Achromobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、红球菌属(Rhodococcus)、丛毛单胞菌属(Comamonas)、酵母菌属(Saccharomyces)、迪茨菌属(Dietzia)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、埃希氏菌属(Escherichia)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、分枝杆菌属(Mycobacterium)、嗜甲基菌属(Methylophilus)、丙酸杆菌属(Propionibacterium)、放线杆菌属(Actinobacillus)、巨球型菌属(Megasphaera)、曲霉属(Aspergillus)、假丝酵母属(Candida)和镰刀菌属(Fusarium)。另外，也可使用通过催化乳酸、3-羟基丙酸和甘油等底物化合物产生单体的微生物，这种单体然后在另外的过程中用于反应形成烯键式不饱和单体。其他优选的微生物包括能够产生将腈转化成相应酰胺或羧酸的酶的微生物。还优选能产生适合将(甲基)丙烯腈转化成(甲基)丙烯酸盐的腈水解酶的微生物，例如红球菌属微生物。特别优选的微生物是能产生适合将(甲基)丙烯腈转化成(甲基)丙烯酰胺的腈水合酶的微生物，例如红球菌属微生物，特别是紫红红球菌。一种特别合适的生物催化剂是新型的紫红红球菌NCIMB 41164株，其在我们于2003年12月2日共同提交的英国专利申请0327907.2中得到描述和要求保护，分配给所述专利申请的参考号为BT/3-22351/P2。
紫红红球菌NCIMB 41164株1.来源与保藏该株由我们从英国布拉德福(Bradford)的土壤中分离得到，并在2003年3月5日保藏于国家工业和海洋微生物保藏有限公司(theNational Collection of Industrial and Marine Bacteria，NCIMB)，根据布达佩斯条约分配到检索号NCIMB 41164。
2.形态学特征和培养特征(1)多形生长(2)运动性不运动(3)不产芽孢(4)革兰氏阳性(5)需氧(6)在营养琼脂上30℃下生长48小时内产生橙红色圆形菌落。
生物催化剂包括如下形式的细胞物质完整细胞或破碎细胞或它们的部分，包括半纯化酶制剂和纯化酶制剂，任选包含发酵液。细胞物质可包括微生物细胞的任何成分，例如包括细胞壁物质、细胞核酸物质(如DNA或RNA)、细胞质或蛋白质。一般来说，单体中所存在的细胞物质的量至少为0.001％(重量)，通常至少为0.005％(重量)。
发酵液可包含用以培养微生物的任何典型成分，还可包含微生物所产生的产物和副产物。发酵液的典型成分包括糖类、多糖、蛋白质、肽、氨基酸、氮源、无机盐、维生素、生长调节剂和酶诱导物。具体的说可包括单糖或双糖作为糖类；铵盐或其他氮源；无机盐如磷酸盐、硫酸盐、镁盐、钙盐、钠盐和钾盐；金属化合物；维生素；复杂的发酵培养基成分，例如玉米浆、蛋白胨；酵母膏；可供特定微生物生长需求使用的有机或无机化合物；特定的酶诱导物；有机酸如柠檬酸或丙酮酸；及为保证特定微生物的成功生长所需的其他任何有机或无机化合物。
烯键式不饱和单体可以是任何可用生物法从称为底物的原料或特定物质制备得到的物质。单体宜包括烯键式不饱和酰胺、N-取代的酰胺、羧酸、羧酸盐、羧酸酯、胺(包括游离胺、伯胺、仲胺、叔胺)和季铵化合物。优选单体是丙烯酸。还优选烯键式不饱和单体可溶于水。所谓可溶于水指的是单体在25℃下的溶解度至少为5g/100ml。更优选烯键式不饱和单体是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺。其他的优选单体包括衣康酸(或其盐)、马来酸(或其盐)和(甲基)丙烯酸(或其盐和衍生物)。
烯键式不饱和单体可单独用于过程中以形成均聚物，或者可与其他烯键式不饱和单体混合以形成单体混合物，后者聚合形成烯键式不饱和单体的共聚物。任何合适的共聚单体均可用于此目的，特别是在烯键式不饱和单体可溶于水的情况下。共聚单体宜应可溶于水或潜在地可溶于水(如酐)。典型的共聚单体包括(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸(或盐)、衣康酸(或盐)、马来酸(或盐)、马来酸酐、乙烯基磺酸(或盐)、烯丙基磺酸(或盐)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(或盐)、二甲氨基乙基(甲基)丙烯酸(或季铵盐)、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺(或季铵盐)、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基甲酰胺、乙酸乙烯酯、丙烯腈、C1-30醇的(甲基)丙烯酸酯。上述酸单体的盐可由任何合适的阳离子形成，但优选碱金属盐或铵盐。
本发明的方法特别适合制备高分子量的水溶性和水溶胀性聚合物。聚合物可例如为线型聚合物、支化聚合物或交联聚合物。优选聚合物分子量高，基本溶于水，特性粘度(IV)至少为3dl/g(用气承液柱粘度计在25℃的1M氯化钠中测量)。通常聚合物的特性粘度至少为4dl/g，一般比这还高得多，例如至少7或8dl/g。在许多情况下，聚合物的特性粘度至少为10或12dl/g，还可高达20或30dl/g。
按照本发明的方法制备的水溶性或水溶胀性聚合物可以是阳离子聚合物、阴离子聚合物、非离子聚合物或两性聚合物。聚合物可以是线型聚合物或者是支化聚合物或交联聚合物。交联或支化聚合物通过将交联剂或支化剂掺入到单体混合物中来制备。交联剂或支化剂可例如是与聚合物链上悬垂的官能团反应的双官能或多官能物质，例如可与悬垂的羧基反应的多价金属离子或胺化合物。但是优选交联剂或支化剂是聚烯键式不饱和化合物，其可聚合到两条或多条聚合物链中。通常这种交联剂包括亚甲双丙烯酰胺、氯化四烯丙基铵、三烯丙胺和聚乙二醇二丙烯酸酯。聚合物可以是高度交联的，因此不溶于水，但可在水中溶胀。或者聚合物可溶于水，基本上是线型的，或者轻度支化，例如用少于10ppm的交联/支化单体来制备。
特别优选的通过本发明方法制备的聚合物包括丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺的均聚物或共聚物。共聚物宜包含任何上述共聚单体，但优选是丙烯酰胺与丙酸酸钠的共聚物或丙烯酰胺与二甲氨基乙基(甲基)丙烯酸的季铵盐和酸式盐的共聚物。特别优选的丙烯酰胺均聚物或共聚物分子量高，且显示以上定义的高特性粘度。
通常通过使烯键式不饱和单体或包含烯键式不饱和单体的单体混合物经历聚合条件来形成聚合物。这可通过加热或辐射(例如使用紫外光)来实现。优选向单体或单体混合物中引入聚合引发剂，以引发聚合。这宜通过使用氧化还原引发剂和/或热引发剂来实现。通常氧化还原引发剂包括还原剂如亚硫酸钠、二氧化硫和氧化性化合物如过硫酸铵或合适的过氧化合物，如叔丁基氢过氧化物等。氧化还原引发可采用最多达10,000ppm(以单体重量计)的氧化还原偶各成分。但优选氧化还原偶各成分一般少于1000ppm，典型地在1-100ppm的范围，通常在4-50ppm的范围。还原剂与氧化剂之比可为0∶1-1∶10，优选在5∶1-1∶5的范围，更优选在2∶1-1∶2的范围，例如1∶1左右。
也可通过单独采用热引发剂或将其与其他引发系统如氧化还原引发剂组合，来实现聚合作用。热引发剂包括任何在高温下释放自由基的合适引发剂化合物，例如偶氮化合物如偶氮二异丁腈(AZDN)、4，4’-偶氮二-(4-氰基戊酸)(ACVA)。通常热引发剂的用量最高达10,000ppm，以单体重量计。但在大多数情况下，热引发剂的用量在100-5,000ppm的范围，优选200-2,000ppm的范围，通常为1,000ppm左右。
通常可通过进行溶液聚合以提供含水凝胶或通过进行反相聚合，来使水溶性单体的水溶液聚合，在反相聚合中单体的水溶液悬浮于水不溶性液体中，聚合形成聚合物珠粒，或者含水单体在有机液体中乳化后实现聚合。EP-A-150933、EP-A-102760或EP-A-126528给出反相聚合的实例。
在本发明的又一个方面，烯键式不饱和单体可由生物催化剂产生，并任选与其他单体混合，然后原位聚合形成聚合物。因此，烯键式不饱和单体可在同一容器中产生并发生聚合。这样，烯键式不饱和单体从容器中的底物产生，任选还将其他单体引入到容器中，以形成单体混合物。然后使烯键式不饱和单体或单体混合物经历聚合条件，任选通过向容器中引入引发剂，以便在容器中形成聚合物。此外，可如下更方便地改动本发明方法在同一容器中产生生物催化剂，将底物引入到容器中，然后底物被转化成烯键式不饱和单体，再然后在同一容器中发生聚合，形成以上定义的聚合物。
因此，本发明的方法提供以下优点，即避免需要除去来自催化发酵液中的细胞、细胞物质或蛋白质物质，或者需要除去单体中的杂质或细胞物质。另外，这种方法制出的产品是新型的组合物。
以下实施例说明本发明。
实施例1
(1)在营养肉汁中30℃下培养荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和土曲霉(Aspergillusterreus)至达到指数生长期后期。离心所得的培养液，除去生物质，保留上清液。
(2)制备25％丙烯酰胺溶液。向溶液中加入10ppm次磷酸钠和1000ppm叔丁基过氧化氢溶液。用乙酸调pH至4.0。将溶液脱气，加入1000ppm硫酸亚铁铵溶液，之后有聚合物形成。
(3)用来自(1)所述微生物培养物的上清液代替水配制丙烯酰胺溶液，重复(2)的程序。测量所得的溶液聚合物的分子量，并将其与用水配制丙烯酰胺溶液所制备的聚合物比较。结果在表1中显示。聚合物的分子量实质上相同。
表1
实施例2(1)在装有含以下成分(g/L)的180L培养基的280L发酵罐中培养紫红红球菌NCIMB 41164磷酸氢二钾0.7；磷酸氢钾0.3；葡萄糖1.0；尿素5.0；酵母膏3.0；七水硫酸镁0.5；六水氯化钴0.01。培养基的pH调至7.2。培养物在30℃下生长3天。定时向培养物中补充葡萄糖。在收获发酵液后15小时测定其腈水合酶活性，发现在25℃下为242,000U/g(700,000U/L)。
(2)将15L来自(1)的发酵液与35L生产用水混合，然后将此悬浮液装入含250kg水的600L反应器中。在几小时内将丙烯腈输入反应器中，直至丙烯酰胺的浓度达到46.8％。离心25kg的丙烯酰胺溶液，以除去生物催化剂。另有25kg的丙烯酰胺溶液不离心除去生物催化剂。
(3)用氧化还原引发剂和热引发剂，将来自(2)的离心和非离心丙烯酰胺样品聚合成均聚物，得到特性粘度(IV)约为17dl/g的凝胶聚合物。还测定了以cP为单位的粘度，发现用离心的和非离心的丙烯酰胺制备的样品之间没有差别。聚合物的粘度测量值结果(cP)在表2中显示。
表2
在剪切速率为250s-1下粘度规格是25-40cP(4)用pH2下的4％陶土作为底物，测试作为絮凝剂的(3)所制备的聚合物，聚合物剂量为16-28mg/l。沉淀速率在表3中显示。当与标准的丙烯酰胺样品的规格相比较时，没有观察到聚合物性能的不同。
表3
实施例3制备最多含20％(重量)紫红红球菌NCIMB 41164株发酵液的30％(w/w)丙烯酰胺溶液。用氧化还原引发剂和热引发剂使掺杂有发酵液的丙烯酰胺聚合成均聚物，形成特性粘度在17dl/g左右的凝胶聚合物。各聚合物溶液的1点特性粘度测量值结果在表4中显示。粘度结果均在此聚合物所规定的规格内。
表权利要求
1.一种制备烯键式不饱和单体的聚合物的方法，其中所述单体可从生物催化反应或发酵过程获得，且其中所述单体含有细胞物质和/或发酵液成分，所述方法通过使烯键式不饱和单体或包含烯键式不饱和单体的单体混合物发生聚合来形成聚合物，其中基本没有将细胞物质和/或发酵液成分从烯键式不饱和单体中除去。
2.权利要求1的方法，其中所述烯键式不饱和单体通过提供可被转化为烯键式不饱和单体的底物来制备，所述方法使底物与包括微生物或细胞物质的生物催化剂接触，从而将底物转化成含有细胞物质和任选发酵液成分的烯键式不饱和单体，且所述方法在细胞的内部或外部进行，在细胞内部进行的情况下，所述方法任选构成微生物代谢途径的一部分。
3.权利要求2的方法，其中所述生物催化剂包括微生物，且其中所述方法在细胞内部进行并构成微生物代谢过程的一部分。
4.权利要求1-3任一项的方法，其中所述细胞物质包括完整细胞。
5.根据权利要求1-4任一项的方法，其中所述细胞物质包括破碎的细胞物质。
6.权利要求5的方法，其中所述破碎的细胞物质选自细胞壁物质、细胞膜物质、细胞核物质、细胞质和蛋白质。
7.权利要求1-6任一项的方法，其中所述发酵液成分选自糖、多糖、蛋白质、肽、氨基酸、氮源、无机盐(包括金属盐)、维生素、生长调节剂、酶诱导物和复杂的发酵培养基成分如玉米浆和酵母膏。
8.权利要求1-7任一项的方法，其中所述烯键式不饱和单体是(甲基)丙烯酰胺单体。
9.权利要求2-8任一项的方法，其中所述底物是(甲基)丙烯腈。
10.权利要求2-9任一项的方法，其中所述生物催化剂包括腈水合酶。
11.权利要求1-10任一项的方法，其中所述聚合物是(甲基)丙烯酰胺的均聚物或共聚物。
12.权利要求1-7任一项的方法，其中所述烯键式不饱和单体选自衣康酸(或其盐)、马来酸(或其盐)和(甲基)丙烯酸(或其盐或衍生物)。
13.权利要求2-7或12任一项的方法，其中所述底物选自乳酸、3-羟基丙酸和甘油。
14.权利要求2-13任一项的方法，其中所述底物引入到容器中并与生物催化剂接触，且其中所述底物被转化成烯键式不饱和单体，任选将其他单体引入到容器中形成单体混合物，任选通过将引发剂引入到容器中使烯键式不饱和单体或单体混合物经历聚合条件，从而在容器内形成聚合物。
15.权利要求14的方法，其中所述生物催化剂在容器中产生。
16.权利要求2-15任一项的方法，其中所述生物催化剂包括红球菌属微生物，优选紫红红球菌。
17.权利要求16的方法，其中所述微生物是紫红红球菌NCIMB41164株。
18.一种组合物，所述组合物包含烯键式不饱和单体的聚合物，还包含细胞物质和/或发酵液成分，其中所述组合物可通过权利要求1-17任一项的方法获得。
全文摘要
一种制备烯键式不饱和单体的聚合物的方法，其中所述单体可从生物催化反应或发酵过程获得，且其中所述单体包含细胞物质和/或发酵液成分，所述方法通过使烯键式不饱和单体或包含烯键式不饱和单体的单体混合物发生聚合来形成聚合物，其中基本没有将细胞物质和/或发酵液成分从烯键式不饱和单体中除去。
文档编号C12P13/00GK1886429SQ200480035460
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年12月2日
发明者S·格里哈格, K·C·斯梅斯, Y·阿米塔格, J·胡赫斯, G·里查德森 申请人:西巴特殊化学水处理有限公司