一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法，该方法包括以下步骤：将混合菌群湿污泥和含有氮源、磷源的矿物盐培养基投入反应器，加入缓冲液、苯酚，曝气和搅拌后合成胞内PHA，停止曝气、静置后倒掉上清液，得到合成胞内PHA后的污泥；向其中添加水，调节污泥浓度，得到污泥泥浆，进行预热，向其中加入氢氧化钠，并进行超声处理破胞，离心分离，得到包含PHA的固体产物与含有其他细胞质的上清液。与现有技术相比，本发明专利技术提供的方法在不经过冻干、热裂解等预处理下，直接通过超声耦合NaOH碱解从活性污泥生物质中提取PHA，成本低、效率高、环保且不会导致聚合物分子量降低。环保且不会导致聚合物分子量降低。环保且不会导致聚合物分子量降低。

【技术实现步骤摘要】
一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法


[0001]本专利技术涉及微生物发酵提取
，尤其是涉及一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法。

技术介绍

[0002]聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类微生物细胞内合成的高分子聚合物，可作为碳源或能源储备物供细胞生存、生长。它与传统的石化塑料有着相似的材料与机械性能，能够广泛应用于多种场景，具有替代石油基塑料的可能性。同时，PHA还有着良好的生物兼容性和可生物降解性，对环境更为友好，是一种具有广泛应用前景的绿色材料。虽然PHA对环境的危害极小，且具有替代传统石化塑料的潜质，但因其过高的生产成本限制了PHA大规模投产。因此当前迫切需要开发更加高效、更具成本效益的技术以生产、提取及提纯PHA，从而提升其市场竞争力。
[0003]PHA是一类高分子物质的总称，其中PHB(poly
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β
‑
hydroxybutyrate，聚
‑
β
‑
羟基丁酸脂)是结构简单、最为常见的PHA种类，属于短链均聚PHA，常作为代表性PHA分子得到研究。
[0004]在导致PHA总生产成本过高的众多因素中，最为关键的是使用纯种菌甚至基因工程菌及纯碳源合成PHA，以及采用高成本的PHA提取方法。在PHA的生产过程中，下游作业可占生产成本的一半。而目前大部分的PHA合成以及提取相关的实验室研究以及生产作业主要针对各种纯种菌。混合菌群(MMC)同样能够在胞内积累PHA，并且具有可比的生产率，然而，以MMC为对象提取PHA的针对性研究较少。
[0005]提取即发酵后从细胞中分离出PHA的过程。最经典、传统的提取方法是使用卤代溶剂萃取胞内PHA，早在20世纪末就已有研究。然而众所周知，氯仿等卤代溶剂的环境危害十分显著，此类物质具有温室效应并且能破坏臭氧层，其中一些还可致癌，在一些国家已经禁用，不能作为未来工业化发展的主要工艺途径。尽管溶剂法可以得到较高纯度的产物，但它不具有成本效益也不够环保。用碱性次氯酸钠消解掉NPCM并释放胞内PHA，也是相当成熟并且常用的一种化学消解方法。但由于次氯酸钠的“无差别攻击”，可导致胞内的PHA在一定程度上被降解，所获得PHA的分子量会有一定程度的减小。故使用次氯酸钠消解NPCM前，可使用一定量的表面活性剂对细胞进行预处理，以降低后续次氯酸钠的操作时间和浓度，减轻次氯酸钠对PHA的降解。十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate,SDS)是PHA回收中应用最广泛的表面活性剂[1]。该方法所需SDS与生物质的比例高，所以需要增加后续处理步骤以去除多余的表面活性剂，如果处理不当则会产生大量废水。
[0006]强碱如NaOH具有与SDS相似的效果，也可用于提取胞内PHA。首先，较高的pH环境可使微生物细胞因渗透压失衡而破裂；其次，碱性物质可与细胞壁、细胞膜上的脂类物质发生皂化反应、从而使细胞形变胀破，胞内物质得以释放至液相当中。碱解法提取胞内PHA是一个比溶剂法更环保、比SDS更具成本效益的替代方案。该方法可获得较高的PHA产物纯度与提取率，但会引起轻微的聚合物分子量减小。目前绝大部分研究集中于利用碱解法处理纯
种菌。其流程为：先将富集的污泥经冻干、烘干等预处理操作，预处理后的干污泥分散于水中，再根据不同条件添加NaOH进行碱解处理。根据已有研究结果显示，使用NaOH处理纯种菌时所需时长通常超过1小时、并且须辅以加温处理，所使用NaOH浓度通常在0.05
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0.2M之间，最终提取率及获得产物的纯度分别可达70％以上[2][3]。
[0007]除了溶剂法、化学消解法外，还可以用机械法如超声破胞等方法，分解富含PHA的生物质。但是机械法所得到的产品纯度往往达不到要求，需要后续进行额外的纯化步骤，故常作为提取PHA的辅助手段[4][5]。
[0008]专利技术人团队在以往的研究中，已经驯化出能够将高浓度苯酚转化成胞内PHA的混合污泥菌群MMC，如CN105907806A公开了使用有毒工业污染物苯酚制备聚羟基脂肪酸酯的方法。对城市污水处理厂的剩余活性污泥进行了驯化，得到一个混合菌群，可完全适应高浓度苯酚并将其高效转化为胞内PHA；将此污泥菌群与氮、磷、钙、镁、铁等营养液混合，形成反应混合液；加入苯酚，即开始细胞生长和PHA积累。专利技术人研究团队在后续研究中发现，以苯酚作为唯一碳源的情况下，该混合菌群合成的PHA仅含单一组分PHB。
[0009]因此，亟需开发低成本、高效率、环保且不会导致聚合物分子量降低的PHA提取的方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的，是为了克服上述现有技术存在的缺陷，而提供一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法。在不经过冻干、热裂解等预处理下，直接通过超声耦合NaOH碱解，从活性污泥MMC生物质中提取PHA，可以有效解决现有的PHA提取方法存在的成本高、效率低、不环保、并可导致聚合物分子量降低的问题。在本专利技术中，专利技术人团队以此MMC为模型对象，开发一种低成本、高效率、环保且保持聚合物分子完整性的PHA提取的方法，以促进此绿色技术与产品的市场化应用。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]本专利技术的目的是提供一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法，所述混合菌群是通过对城市污水处理厂的剩余活性污泥进行驯化得到的混合菌群湿污泥，所述提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法包括以下步骤：
[0013]S1、将所述混合菌群湿污泥和含有氮源、磷源的矿物盐培养基投入反应器，加入缓冲液使pH值维持在7以上，加入苯酚后，进行曝气和搅拌，合成胞内PHA，停止曝气、静置后倒掉上清液，在沉淀中添加水调节污泥浓度，得到含有胞内PHA的污泥；
[0014]S2、预热步骤S1所得含有胞内PHA的污泥，向其中加入氢氧化钠，之后进行超声处理，离心分离，得到包含PHA的固体产物与含有其他细胞质的上清液(PHA主要在离心得到的固体产物中，而上清液含有2BE，是PHB被强碱水解之后的产物，用以表征PHB的降解程度)。
[0015]优选地，步骤S1中所述氮源选自NH4Cl或(NH4)2SO4中的一种或多种。
[0016]优选地，步骤S1中所述磷源为K2HPO4。
[0017]优选地，步骤S1中所述矿物盐培养基(mineral salt medium,MSM)还包括MgSO4、FeSO4·
7H2O和CaCl2。
[0018]进一步优选地，步骤S1中所述矿物盐培养基还包括微量元素。
[0019]优选地，步骤S1中所述缓冲液为NaHCO3溶液。
[0020]优选地，步骤S1中所述污泥浓度为1～20g
·
L
‑1。
[0021]优选地，步骤S2中所述预热的温度为30～40℃。
[0022]优选地，步骤S2中所述氢氧化钠的浓度为0.05～0.2M。
[0023]优选地，步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法，所述混合菌群是通过对城市污水处理厂的剩余活性污泥进行驯化得到的混合菌群湿污泥，其特征在于，所述提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法包括以下步骤：S1、将所述混合菌群湿污泥和含有氮源、磷源的矿物盐培养基投入反应器，加入缓冲液使pH值维持在7以上，加入苯酚后，进行曝气和搅拌，合成胞内PHA，停止曝气、静置后倒掉上清液，在沉淀中添加水调节污泥浓度，得到含有胞内PHA的污泥；S2、预热步骤S1所得含有胞内PHA的污泥，向其中加入氢氧化钠，之后进行超声处理，离心分离，得到包含PHA的固体产物与含有其他细胞质的上清液。2.根据权利要求1所述的一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法，其特征在于，步骤S1中所述氮源选自NH4Cl或(NH4)2SO4中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法，其特征在于，步骤S1中所述磷源为K2HPO4。4.根据权利要求1所述的一种提高混合菌群胞内聚羟基脂肪酸酯提取效率的方法，其特征在于，步骤S1中所述矿物盐培养基还包括MgSO4、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轶，邹雨琪，陶秋越，玛丽，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：