本申请公开了一种PHBV共聚物的制备方法以及由该方法制备的PHBV共聚物。所述方法包括将嗜盐古菌Haloferax mediterranei微生物种子液接种至含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵的步骤；和从发酵液中提取PHBV共聚物的步骤，其中在发酵步骤中，以戊酸盐(酯)和糖类作为碳源。本发明专利技术的方法能获得性能可控的PHBV共聚物，其具有良好的热性能和可加工性能，并且可在一定范围内进行调节，从而能适于不同需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总地涉及一种微生物合成共聚物，更具体地，涉及由一种嗜盐古菌发酵生产的PHBV共聚物、其生产方法及其应用。
技术介绍
聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是一类以羟基脂肪酸为单体的生物聚酯，可由多种细菌和某些嗜盐古菌在营养条件不均衡时产生。PHA在胞内以疏水性的颗粒存在,主要作为胞内碳源、能源及还原力的贮藏性物质。PHA具有与传统的石油化工塑料相似的材料学性质，但可由糖类等可再生的碳源合成，并且可完全降解进入自然界的生态循环，因此被认为是一种“绿色塑料”。作为一种生物可降解塑料，PHA具有从刚性材料到弹性体的性能，可应用于各种包装材料和日常消费用塑料制品以及纺织纤维等等。特别是在医疗领域，PHA具有的良好的生物相容性及生物可降解性，使其在细胞组织工程领域有很大的应用潜力。研究发现组成PHA的单体已超过150种，包括直链、支链、饱和、不饱和及芳香族的各种羟基脂肪酸，因此PHA的种类繁多。目前，研究最多的短链PHA包括聚羟基丁酸酯(PHB)和聚羟基丁酸羟基戊酸酯(PHBV)，且已实现了工业化生产。PHB性脆，断裂伸长率很低，且在加热温度高于熔点(180℃)10℃时，就会分解，从而增加了PHB的后处理加工的难度，这些缺点大大限制了它的应用范围。PHBV由两种单体，3-羟基丁酸(3HB)和3-羟基戊酸(3HV)共聚而成。3-羟基戊酸单体的掺入使PHBV的结晶结构明显改变，带来硬度下降、强度下降、熔点下降，但分解温度却没有下降，而且随着3HV的加入，结晶的晶体规整性下降且呈现不同的结晶形态，这对PHBV性能都有改进作用。然而，与采用化工方法合成聚合物不同，利用微生物合成的PHA难以任意地调节产物的组成、结构和各项性能。目前利用微生物合成来改进PHA性能的方法还非常有限。例如美国专利No.US5,536,419中公开了这一种利用嗜盐古菌生产聚羟基烷基酸酯时的提取产物的方法，但是未涉及产物性能的改进。再如中国专利申请No.CN201410093245.3中公开了一种以葡萄糖为底物连续生产PHBV的方法，可将种群富集和发酵生产的步骤在同一个反应器内完成。该方法在一定程度上简化了工艺，但是对产物PHBV的性能也无改进。为了适应各种用途和加工的需要，主要是利用PHA与其他聚合物共混的方法来弥补各聚合物的不足。例如中国专利申请No.CN200810216781.2中将一种或多种PHA与其他弹性体(如SEBS、TPV、TPE、TPU等)共混加工，以提高材料的可加工性。再如中国专利申请No.201310526584.1中公开了一种中链PHA缝合线，该缝合线是将PHA与PLA(聚乳酸)共混纺丝得到。由于PHA良好的生物相容性，以及共聚物所具有的一定的强度和柔韧性，已有很多关于PHA在诸如组成工程等医学领域的应用报道，如心脏阀门、心血管修补材料和移植材料等。此外，由于该材料是利用可再生物质作为碳源，其生产也是利用微生物发酵，并且可完全降解，不但能够缓解对不可再生的化石能源的需求，其生产过程和材料本身也是环境友好的，因此是一类具有广阔应用前景的绿色材料。与主要积累PHB的细菌不同，嗜盐古菌可以积累材料性能更加优良的PHBV。此外，嗜盐古菌作为PHBV的生产菌株还具有如下优点。首先，由于嗜盐古菌生活在高盐环境中，可以简化灭菌甚至省略灭菌，从而降低生产成本。其次，由于嗜盐古菌胞内积累了高浓度的钾离子，使得嗜盐古菌在水中便可裂解，使其提取工艺非常简单环保。另外，嗜盐古菌合成的PHBV具有熔点低，分子量大，分子量分布窄等特点。但嗜盐古菌生产的PHBV中3-羟基戊酸的比例单一，因此，有必要对这类材料的各项性能进行进一步的生物改性，以便能够用于更为广泛的应用中。
技术实现思路
为此，本专利技术提供了一种通过改进发酵条件来调整和改进PHBV共聚物性能的方法。该方法通过选择碳源的种类、用量，获得性能可控的PHBV共聚物。根据本专利技术的方法所获得的PHBV共聚物具有良好的热性能和可加工性能，并且可在一定范围内进行调节，从而得到能适于不同需求的共聚物。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种PHBV共聚物的制备方法，所述方法包括：将嗜盐古菌Haloferaxmediterranei微生物种子液接种至含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵的步骤；和从发酵液中提取PHBV共聚物的步骤，其中，在发酵步骤中，以戊酸盐(酯)和糖类作为碳源。培养基中戊酸盐(酯)的浓度为5～16mM，优选5.5～15mM，更优选6～11mM。糖类的浓度为25～110mM，优选为55～100mM；通常以克每升计，为例如5～20g/L，优选为10～18g/L，常选用约10g/L。所述戊酸盐(酯)可选自由戊酸的碱金属盐、碱土金属盐和戊酸的C1～C4烷基酯所组成组中的至少一种。优选地，所述戊酸盐(酯)可选自由戊酸钾、戊酸钠、戊酸镁、戊酸钙、戊酸甲酯和戊酸乙酯所组成组中的至少一种。所述糖类可为单糖、二糖或多糖，优选地为葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、淀粉中的一种或多种，最优选为葡萄糖。根据一种实施方式，在发酵期间，可补充加入戊酸盐(酯)至少一次。优选地，戊酸盐(酯)的初始浓度和补充加入戊酸盐(酯)的浓度可为5～10mM、优选6～9mM。各次加入的碳源浓度可以相同，也可以不同。根据本专利技术的实施方式，所述发酵步骤中，通气量为2～1:1vvm，优选为1.5～1.2:1vvm。根据本专利技术的实施方式，所述发酵可持续16～48小时，优选24～48小时。根据本专利技术的实施方式，所述发酵步骤中，控制发酵液的pH值保持在中性或接近中性的条件下，例如6.5～7.5，优选地为6.8～7.2，最优选为6.9～7.1。根据优选的实施方式，所述嗜盐古菌Haloferaxmediterranei微生物为H.mediterraneiCGMCC1.2087，或者为多糖合成功能缺失的H.mediterraneiES1。优选为多糖合成功能缺失的H.mediterraneiES1。除上述碳源外，所述发酵培养基还包括：酵母提取物2～5g/L、钠离子1.5～2.6M、镁离子90～120mM、钙离子5～15mM、钾离子55～75mM、碳酸根1.5～3.5mM、镍离子0.1～4.9mM、铵离子30～45mM、磷酸根0.2～0.4mM和微量元素溶液SL-61ml/L。优选地，所述发酵本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PHBV共聚物的制备方法，所述方法包括：将嗜盐古菌Haloferax mediterranei微生物种子液接种至含有发酵培养基的发酵罐中进行发酵的步骤；和从发酵液中提取PHBV共聚物的步骤，其中，在发酵步骤中，以戊酸盐(酯)和糖类作为碳源。
【技术特征摘要】
1.一种PHBV共聚物的制备方法，所述方法包括：
将嗜盐古菌Haloferaxmediterranei微生物种子液接种至含有发酵培养
基的发酵罐中进行发酵的步骤；和
从发酵液中提取PHBV共聚物的步骤，
其中，在发酵步骤中，以戊酸盐(酯)和糖类作为碳源。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述发酵培养基中戊酸盐
(酯)的浓度为5～16mM，优选5.5～15mM，更优选6～11mM；糖类的浓
度为25～110mM，优选为55～100mM。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述戊酸盐(酯)为选自
由戊酸的碱金属盐、碱土金属盐和戊酸的C1～C4烷基酯所组成组中的至少
一种；优选地，所述戊酸盐(酯)为选自由戊酸钾、戊酸钠、戊酸镁、戊
酸钙、戊酸甲酯和戊酸乙酯所组成组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述糖类为单糖、二糖或
多糖，优选地为选自由葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖和淀粉所组成组中的一
种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中包括在发酵期间，补充加入
戊酸盐(酯)至少...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩静，向华，侯靖，
申请(专利权)人：中国科学院微生物研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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