[发明专利]一种新型生物材料多聚羟基烷酸的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种新型生物材料多聚羟基烷酸的制备方法，属于新型材料领域或生物工程领域。

背景技术

多聚羟基烷酸(PHAs)是一类由生物合成的高分子聚合物，它不仅具有比重轻、结构稳定、可塑性强、光学活性和压电性好等理化性能，而且具有生物可降解性、生物可再生性、生物相溶性、降解产物无毒性等生物学特性，因此是一类环境友好型的新型生物材料。

早在20世纪20年代，人们就在细菌中发现了多聚羟基烷酸。20世纪后叶，塑料工业超速发展，塑料造成的“白色污染”问题日益突现出来，严重地威胁着人们生存的自然环境与身体健康。加之.石化塑料的主要生产原料——石油是不可再生的自然资源，于是科学家们开始寻找塑料替代品，并在众多的研究材料中发现了多聚羟基烷酸的理化性质与石化塑料相近，是理想的塑料替代材料之一。从此PHAs的开发研究得到了重视。20世纪70年代，PHAs的研发成为世界热点课题之一。科研工作者从菌种资源、生理作用、代谢途径与调控机理、发酵生产工艺、理化性质、机械性能及其用途等方面进行了大量的研究，取得了突破性的进展，终于使部分PHAs产品投入工业化的试生产。

目前PHAs的生产与应用受到了极大的挑战，科学工作者把研究的重点集中在优良生产菌种的选育和发酵工艺的优化方面。同时，开展了其他生产方式的研究，如构建转基因植物，开辟通过作物栽培生产PHAs的新途径；开发固定化酶，建立酶法生产PHAs新工艺，以图降低生产成本。此外，还进行了PHAs在高附加值产品上的应用研究。这些研究均取得了不同程度的进展。

1926年法国巴斯德研究所的研究人员从巨大芽孢杆菌中分离出两种颗粒状组分，经研究确认其中一种颗粒的化学成分为聚-p-羟基丁酸(PHB)，首次提出了这类聚合物的基本概念。之后，人们在其他细菌中也陆续发现了这类聚合物，并逐渐证明细菌合成PHAs是一个比较普遍的现象，已经查明在原核生物的90多个属中有300多种细菌具有合成PHAs的能力。这样，细菌便成为人们研发PHAs的首选材料。

经过生物资源的调查研究，已经筛选出多种野生型的PHAs生产菌株，用于发酵生产的主要菌种有真养嗜碱菌、假单胞菌和甲养菌等属的一些菌株。如，真养产碱杆菌是一株优良的PHB产生菌株，它可利用的碳源广泛，而且可在胞内累计较高含量的PHAs而被广为采用。真氧产碱杆菌所合成的PHAs中，当侧链取代基含有一个碳原子时，聚合物的单体称为羟基丁酸酯，简称为HB，HB所形成的聚合物即为PHB；当PHAs部分单体中的侧链取代基含2个碳原子时，单体称为羟基戊酸酯，简称为HV，HV组分对提高PHAs的性能有非常重要的意义.由于微生物细胞代谢机制的原因，PHAs中HV往往与HB并存，形成的共聚物为(简称PHBV)，通常情况下PHAs中HV组分的比例越高(即HV/PHAs的比值越大)，PHAs的性能越好.在另一方面，由于目前PHAs生产的原料成本以及提取成本过高而阻碍了其大规模应用。

本发明采用真氧产碱杆菌为出发菌株，利用有机废物作为生产PHAs的碳源，可以大大降低生产成本，有机废物经厌氧酸化后的主要成分为各种小分子的有机酸(如乙酸、丙酸、乳酸、丁酸等)组成的混合酸，菌株经流加发酵，可以获得更高的细胞干质以及PHAs产量。

发明内容

本发明的目的之一是提供了一种新型生物材料多聚羟基烷酸的制备方法。

本发明的目的之二是为有机废物的处理提供了一种新的途径。

本发明的技术解决方案如下：

种子培养接种一环斜面培养基上生长良好的真氧产碱杆菌菌株到装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中培养，摇瓶转速200r/min，温度30℃，培养时间30h.

摇瓶发酵500ml三角瓶装液75ml，接种量10％，摇瓶转速200r/min，温度30℃，发酵时间36h左右.

罐发酵5L罐搅拌转速400r/min，通气量4.5L/min，采用流加发酵的方式：5L罐装液2.6L，接种量10％，流加全过程为分阶段阶梯式流加，流加液的碳源浓度为100g/L，其中乙酸∶乳酸∶丙酸∶丁酸＝1∶1∶3∶3，并且从第12h开始流加氮源，流加氮源浓度为20g/L。通过自动流加3mol/L氢氧化钠溶液以及3mol/L盐酸溶液调节pH值，发酵时间60h左右。

PHAs含量测定将冷冻干燥所得细胞用氯仿(每10ml氯仿加0.2g干细胞)破壁，60℃保温24h，过滤，滤液自然晾干，即为PHAs。

本发明采用真氧产碱杆菌为出发菌株，有机废物经厌氧酸化后的主要成分为各种小分子的有机酸(如乙酸、丙酸、乳酸、丁酸等)组成的混合酸，利用有机废物作为生产PHAs的碳源，不仅可以大大降低生产成本，而且菌株经流加发酵的方式，可以获得更高的细胞干质以及PHAs产量。与此同时，该方法为有机废物的处理提供了一个很好的方向，不仅解决了有机废物的处理问题，而且优化了环境，而且生产出的产品多聚羟基烷酸具有良好而广泛的应用前景。