一种提高Haloferax mediterranei发酵聚羟基脂肪酸酯产量的方法技术

本发明专利技术提出一种提高Haloferax mediterranei发酵聚羟基脂肪酸酯产量的方法。本发明专利技术中，通过建立电磁场装置，并在施加在以H.mediterranei菌为接种物的发酵系统外部，电磁场的大小为110mT，刺激了H.mediterranei对底物的吸收和对PHA的代谢，实现H.mediterranei对底物碳源的利用率提高22.4％，H.mediterranei细胞中PHA的含量达到76.7％，提高了20.8％。本发明专利技术可以提高H.mediterranei的PHA产率，降低PHA的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种提高Haloferaxmediterranei发酵聚羟基脂肪酸酯产量的方法
本专利技术提出一种提升地中海富盐菌Haloferaxmediterranei(H.mediterranei)发酵生产聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHAs)产量的方法。本专利技术属于生物发酵领域，具体涉及聚羟基脂肪酸酯的生产。
技术介绍
PHA是一种微生物在生长代谢不平衡条件下在细胞内合成的一种高分子聚合物。PHA具有的生物可降解性、生物相容性等特殊性质，使其在食品、医药、工业、农业等领域有着广阔的应用前景，尤其是可以作为石油基塑料的理想替代品。作为一种极端嗜盐古菌，H.mediterranei有较好的PHA积累能力。在发酵中，工业优化发酵条件提升PHA细胞含量，从而提高PHA的生产效率，降低PHA的生产成本。例如，专利申请号CN108103114A，通过改变发酵液中NaCl的浓度，促进了H.mediterranei对PHA的生产，将PHA的含量由57％提高到71％。此外，专利申请号CN103451201A通过基因编辑的手段，将H.mediterranei基因组中的胞外多糖合成基因敲除，使胞外多糖合成基因簇表达的一种蛋白功能缺失，减少EPS的分泌，使得H.mediterranei胞内的PHA含量提高了20％。专利申请号TW1395814B1通过基因编辑合成了PHA合成酶基因maoCH13，使PHA合成酶活性提高，促进了极端嗜盐古菌的PHA生产。但是，通过基因编辑的方法提高H.mediterranei的PHA细胞含量具有操作精密度高、难度大，药剂成本和菌种维持成本高等问题。为了提升野生H.mediterranei的PHA生产能力，本专利技术提供了一种通过施加电磁场的方式来促进H.mediterranei生产PHA的方法。本方法不用改变发酵液组分，不进行基因工程的操作。只是通过构建发酵的物理环境可以提高H.mediterranei中PHA的含量，提高PHA的产率，进而降低PHA的生产成本。
技术实现思路
本专利技术提供的嗜盐古菌为地中海富盐菌Haloferaxmediterranei，购置于中国普通微生物菌种保藏管理中心，其保藏编号为CGMCC1.3716。本专利技术的目的是提高地中海富盐菌H.mediterranei的发酵产PHA产量。本专利技术调控地中海富盐菌H.mediterranei的PHA产量，其特征在于：在开放发酵的环境下，通过在外部施加特定强度的磁场，提高PHA产量。即利用磁场生物作用提高H.mediterranei的PHA产量。本专利技术提出一种利用电磁场强化地中海富盐菌H.mediterranei发酵产PHA的装置，包括：(1)发酵罐，(1.1)控温装置，(1.2)磁场检测装置高斯计，(2)pH自动控制系统，(2.1)氢氧化钠调节液，(3)曝气泵，(3.1)气体流量计，(3.2)曝气盘，(4)电磁铁主体装置，包含：(4.1)电磁铁水槽，(4.2)电磁铁螺旋线圈，(4.3)低温循环水箱，(4.4)稳压直流电源。装置连接流程为依次连接发酵罐(1)与控温装置(1.1)、高斯计(1.2)；连接pH自动控制系统(2)与氢氧化钠调节液(2.1)，并与发酵罐(1)连接；通过曝气泵(3)、气体流量计(3.1)、曝气盘(3.2)向发酵罐(1)内进行曝气；连接电磁铁水槽(4.1)与低温循环水箱(4.2)，连接螺旋线圈(4.3)与稳压直流电源(4.4)。将发酵罐(1)放置于电磁铁主体装置(4)内。基于上述的装置，以外源磁场作用提高H.mediterranei发酵PHA产量的技术方法，主要步骤如下：(1)将活化、富集后的H.mediterranei接种在发酵罐(1)中，并加入发酵液；(2)打开控制电磁铁主体装置(4)的稳压直流电源(4.4)，打开低温循环水箱(4.2)向电磁铁水槽(4.1)供水，维持磁设备的温度在4-10℃；(3)调节稳压直流电源(4.4)的电流强度，用高斯计测量磁场中发酵罐内部的磁场强度，使发酵罐内部的磁场强度控制在100mT-120mT之间；(4)调节控温装置(1.1)，将温度恒定在预设的发酵最优温度37℃；(5)打开pH自动控制系统(2)，向发酵罐内供给浓度为1-2mlo/L的氢氧化钠溶液(2.1)，将发酵液的pH恒定在7.0-7.2之间；(6)打开曝气泵(3)，调节流量计(3.1)，将溶解氧控制在2-4mg/L；(7)连续发酵使H.mediterranei积累PHA。(8)磁场作用时间控制在60-72h，之后停止磁设备。(9)发酵72h后停止曝气，完成发酵周期，提取发酵产物PHA。所述的发酵特征在于开放式发酵，具体为发酵底物不经过灭菌，且发酵可以在不灭菌的环境中进行。所述的电磁场特征在于螺旋线圈通电所产生的均匀磁场，具体为螺旋线圈在接通直流电源后，在磁设备内部产生的磁场强度和方向处处相同的磁场。本专利技术的技术原理：外加磁场首先作用在H.mediterranei的细胞膜和细胞壁上，在磁场作用下，磷脂双分子层的抗磁各向异性的增加，导致细胞膜的电导率和渗透率增加，促进了较大的亲水性颗粒的渗透，例如二价阳离子(Ca2+，Mg2+)；在发酵液中，许多H.mediterranei必需的物质都是带电粒子(例如离子)的形式，这些带点粒子也都受到外部电磁场的影响。所以，磁场促进了细胞膜的物质运输与能量传递，增加了H.mediterranei对底物的消耗，进而在提高了碳源在PHA的流向上的分配；磁场也被认为促进了H.mediterranei生产PHA代谢路径中的TCA循环，并且对路径上的关键酶，尤其是酶的活性位点产生了刺激作用，提高了酶活性，进而促进了代谢产物PHA的生产。本专利技术的优势：(1)本专利技术中使用的磁场强化装置，并不改变原有发酵方式，无需对原有发酵程序进行修改；(2)在中低强度的电磁场下，即低耗能的条件下，就可以显示出较为突出的磁生物作用。相较于基因编辑在药剂以及后续处理中的费用，本专利技术的实现成本较低。(3)提高了PHA的生产率，进而降低了PHA的生产成本；(4)磁场的发生较为简单，适用范围广，物理性的设施不会产生二次污染。附图说明图1为施加电磁场条件下，H.mediterranei，发酵生产PHA的装置结构示意图。(1)发酵罐，(1.1)控温装置，(1.2)磁场检测装置高斯计，(2)pH自动控制系统，(2.1)2mol/L氢氧化钠调节液，(3)曝气泵，(3.1)气体流量计，(3.2)曝气盘，(4)电磁铁主体装置，包含：(4.1)电磁铁水槽，(4.2)低温循环水箱，(4.3)电磁铁螺旋线圈，(4.4)稳压直流电源。图2为本专利技术实施例中无磁场条件下和110mT磁场条件下，H.mediterranei对碳源底物的利用率以及PHA胞内含量的对比图；其中，CODC代表无磁场时发酵液的生化需氧量，CODM代表110本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高Haloferax mediterranei发酵聚羟基脂肪酸酯产量的方法，其特征在于，所用装置包括与发酵罐(1)连接的控温装置(1.1)、高斯计(1.2)；pH自动控制系统(2)连接氢氧化钠调节液(2.1)，并与发酵罐(1)连接；通过曝气泵(3)、气体流量计(3.1)、曝气盘(3.2)向发酵罐(1)内进行曝气；将发酵罐(1)放置于电磁铁主体装置(4)内；电磁铁主体装置(4)内有电磁铁水槽(4.1)、低温循环水箱(4.2)、螺旋线圈(4.3)与稳压直流电源(4.4)；/n步骤如下：/n1)将活化和富集后的H.mediterranei菌液接种在发酵罐(1)中，并加入发酵液；/n2)打开控制电磁铁主体装置(4)的稳压直流电源(4.4)，打开低温循环水箱(4.2)向电磁铁水槽(4.1)供水，维持磁设备的温度在4-10℃；/n3)调节稳压直流电源(4.4)的电流强度，用高斯计测量磁场中发酵罐内部的磁场强度，使发酵罐内部的磁场强度控制在100mT-120mT之间；/n4)调节控温装置(1.1)，将温度恒定在预设的发酵最优温度37℃；/n5)打开pH自动控制系统(2)，向发酵罐内供给浓度为1-2mlo/L的氢氧化钠溶液(2.1)，将发酵液的pH恒定在7.0-7.2之间；/n6)打开曝气泵(3)，调节流量计(3.1)，将溶解氧控制在2-4mg/L；/n7)磁场作用时间控制在60-72h，之后停止磁设备；/n8)发酵完成后停止曝气，提取发酵产物PHA。/n...

【技术特征摘要】
1.一种提高Haloferaxmediterranei发酵聚羟基脂肪酸酯产量的方法，其特征在于，所用装置包括与发酵罐(1)连接的控温装置(1.1)、高斯计(1.2)；pH自动控制系统(2)连接氢氧化钠调节液(2.1)，并与发酵罐(1)连接；通过曝气泵(3)、气体流量计(3.1)、曝气盘(3.2)向发酵罐(1)内进行曝气；将发酵罐(1)放置于电磁铁主体装置(4)内；电磁铁主体装置(4)内有电磁铁水槽(4.1)、低温循环水箱(4.2)、螺旋线圈(4.3)与稳压直流电源(4.4)；
步骤如下：
1)将活化和富集后的H.mediterranei菌液接种在发酵罐(1)中，并加入发酵液；
2)打开控制电磁铁主体装置(4)的稳压直流电源(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔有为，高则亮，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11