一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法技术

本发明专利技术提供了一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法，所述方法包括以下步骤：将微生物菌种接种到培养基上进行有氧发酵，得到活化菌种；将所得活化菌种加入到发酵液中，通入含有二氧化碳的混合气体，进行加压发酵，得到聚羟基脂肪酸酯。本发明专利技术利用发酵菌种的特性，以二氧化碳为无机碳源，在加压条件下发酵生产聚羟基脂肪酸酯，极大提高了聚羟基脂肪酸酯的生产效率，有利于工业化大规模生产；所述发酵反应原料来源广泛，成本降低，可起到生物固碳的作用，无反应残渣，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法
本专利技术属于微生物发酵
，涉及一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法。
技术介绍
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下，作为碳源和能源贮存而合成的一类热塑性聚酯，具有类似于合成塑料的物化特性及合成塑料所不具备的生物可降解性、生物相容性、气体相隔性等性能，在可生物降解的包装材料、缓释材料、电学材料以及医疗材料等方面有广阔的应用前景。目前，聚羟基脂肪酸酯主要以有机碳源为原料生产，主要包括纤维素、蔗糖、葡萄糖等，价格昂贵，寻找廉价原料发酵是聚羟基脂肪酸酯大规模生产的关键。CN106189130A公开了一种微生物合成聚羟基脂肪酸酯制备复合包装膜的方法，将枯草芽孢杆菌和真养产碱杆菌接种到培养基中培养得活化菌种液，将活化菌种液加入到蔗糖废水中进行发酵培养，并向液体底部交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，加入碳源后继续交替曝气，曝气结束后离心分离得菌体，干燥后加入氯仿浸泡弃去细胞碎片，将得到提取液加入乙醇溶液析出沉淀并干燥，得聚羟基脂肪酸酯，将其和聚乳酸混合，并加入增塑剂、增强剂等助剂，高速混合后挤出造粒，最后将颗粒树脂吹膜，即可得到包装膜；该方法中聚羟基脂肪酸酯的合成仍然是以蔗糖等有机物作为碳源，生产成本较高。CN103571894A公开了一种以纤维素为碳源发酵制备中长链聚羟基脂肪酸酯的方法，首先构建包含聚羟基脂肪酸酯合成酶基因的重组工程菌，在含有纤维素的培养基中发酵，发酵产物过滤菌体后，使用不同溶剂分别萃取、重结晶，得到中长链聚羟基脂肪酸酯；该方法同样是以有机碳源为原料进行发酵，仍然存在原料成本高、产率低的问题。因此，对于聚羟基脂肪酸酯的微生物合成，还需要寻求低成本碳源，同时改进发酵的工艺条件，提高生产效率，使之适合工业化生产应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法，所述方法利用发酵菌种的特性，以二氧化碳为无机碳源，在加压条件下发酵生产聚羟基脂肪酸酯，有效提高产生聚羟基脂肪酸酯的效率；将二氧化碳转化为聚羟基脂肪酸酯同时起到生物固碳的作用，原料来源广泛且稳定，可以降低可降解塑料聚羟基脂肪酸酯的制备成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将微生物菌种接种到培养基上进行有氧发酵，得到活化菌种；(2)将步骤(1)得到的活化菌种加入到发酵液中，通入含有二氧化碳的混合气体，进行加压发酵，得到聚羟基脂肪酸酯。本专利技术中，以二氧化碳为无机碳源，利用发酵菌种的特性，在加压条件下发酵生产聚羟基脂肪酸酯，有效提高生产聚羟基脂肪酸酯的效率，同时起到生物固碳的作用，原料来源广泛且稳定，可有效降低聚羟基脂肪酸酯的制备成本。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述微生物菌种包括真养产碱杆菌、铜绿假单胞菌或紫色色杆菌中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：真养产碱杆菌和铜绿假单胞菌的组合，铜绿假单胞菌和紫色色杆菌的组合，真养产碱杆菌、铜绿假单胞菌和紫色色杆菌的组合等。本专利技术中，真养产碱杆菌作为一种兼性化能自养菌，其能以CO2和H2为碳源和能源，在有少量的O2条件下产生并且大量积累聚羟基脂肪酸酯；同理，铜绿假单胞菌、紫色色杆菌也能够以CO2为碳源发酵合成聚羟基脂肪酸酯。优选地，步骤(1)所述微生物菌种按照覆盖率1～10％接种到培养基上，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述培养基的组成包括有机碳源、无机盐和酵母浸出物。本专利技术中，培养基的组成需要包括微生物菌种生长所需的营养成分，如有机碳源选择葡萄糖、蛋白胨等，无机盐包括NaCl、NH4Cl、Na2HPO4、KH2PO4、MgSO4、CaCl2等；酵母浸出物作为一种多营养成分，是以高蛋白面包酵母或啤酒酵母为原料，经自溶、酶解、浓缩、干燥等工艺制成的一种富含蛋白质、氨基酸、肽、多肽、核酸、维生素及微量元素等营养成分的生物培养基产品。优选地，步骤(1)所述培养基上有氧发酵的条件为：温度30～45℃，例如30℃、32℃、35℃、37℃、40℃、42℃或45℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；转速100～400r/min，例如100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min或400r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；时间24～48h，例如24h、28h、32h、36h、40h、44h或48h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；pH值为7～9，例如7、7.5、8、8.5或9等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述有氧发酵时通入的气体为氧气和氮气的混合气。优选地，所述混合气中氧气的体积分数为2～5％，例如2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述发酵液中不含有机碳源。优选地，步骤(2)所述发酵液的组成主要包括无机盐，其中无机盐的种类有NaCl、NH4Cl、Na2HPO4、KH2PO4、MgSO4、CaCl2等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)活化菌种加入后，发酵液中活化菌种的体积浓度为1～5％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述混合气体包括二氧化碳、氢气和氧气。优选地，步骤(2)所述混合气体的体积组成为二氧化碳10～80％、氢气5～20％和氧气1～5％，其余为氮气。其中，二氧化碳体积分数可选择10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；氢气体积分数可选择5％、8％、10％、12％、15％、18％或20％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；氧气体积分数可选择1％、2％、3％、4％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；上述三种气体在各自范围内选择，不足的体积分数比例由氮气补充，达到100％。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述发酵时的压力为0.1～5MPa，例如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将微生物菌种接种到培养基上进行有氧发酵，得到活化菌种；/n(2)将步骤(1)得到的活化菌种加入到发酵液中，通入含有二氧化碳的混合气体，进行加压发酵，得到聚羟基脂肪酸酯。/n

【技术特征摘要】
20200306 CN 20201015226591.一种由二氧化碳制备聚羟基脂肪酸酯的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将微生物菌种接种到培养基上进行有氧发酵，得到活化菌种；
(2)将步骤(1)得到的活化菌种加入到发酵液中，通入含有二氧化碳的混合气体，进行加压发酵，得到聚羟基脂肪酸酯。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述微生物菌种包括真养产碱杆菌、铜绿假单胞菌或紫色色杆菌中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(1)所述微生物菌种按照覆盖率1～10％接种到培养基上。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述培养基的组成包括有机碳源、无机盐和酵母浸出物；
优选地，步骤(1)所述培养基上有氧发酵的条件为：温度30～45℃，转速100～400r/min，时间24～48h，pH值为7～9。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述有氧发酵时通入的气体为氧气和氮气的混合气；
优选地，所述混合气中氧气的体积分数为2～5％。


5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述发酵液中不含有机碳源；
优选地，步骤(2)所述发酵液的组成主要包括无机盐。


6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)活化菌种加入后，发酵液中活化菌种的体积浓度为1～5％。


7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述混合气体包括二氧化碳、氢气和氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡超权，邵明远，许雪冰，朱庆山，
申请(专利权)人：中科院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32