一种从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法，属于生物工程下游后处理技术领域。所述方法包括：(1)取聚羟基烷酸酯生产菌的发酵液，进行细胞破壁处理得到破壁液；(2)利用碱液调节破壁液pH值至碱性；(3)往碱性破壁液中加入钠盐和阴离子表面活性剂，进行搅拌反应，其中加入钠盐和加入阴离子表面活性剂的顺序可以互换；(4)分离收集反应液中的沉淀，并用水洗至中性，再脱水、干燥，获得所述聚羟基烷酸酯。本发明专利技术采用钠盐加表面活性剂的工艺手段，在温和条件下进行产品分离提纯，分子剪切小，所得产品具有纯度高，分子量高，产品品质稳定的特点。本发明专利技术工艺简单、生产效率高、成本低，能够实现大规模工业化生产。能够实现大规模工业化生产。能够实现大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法


[0001]本专利技术涉及生物工程下游后处理
，具体涉及一种从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法。

技术介绍

[0002]聚
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β
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羟基烷酸酯(Poly
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β
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Hydroxyalkanoates，简称PHA)是一类由微生物在不平衡的生长条件下在胞内积累的生物聚酯，其典型代表是聚羟基丁酸酯(PHB)及其共聚物(如PHBV、PHBH等)，其物理性质类似于聚丙烯。由于它具有生物降解性、生物相容性、可食用性、压电性、非线性光学活性等普通石油化工树脂所不具备的特性，使其在工业、农业、医疗、卫生、食品、电子等领域具有广阔的应用前景。但时至今日，PHA的应用尚未大规模普及，其主要原因是成本仍然明显高于石油化工树脂。PHA的生产成本主要包括原料成本和分离提纯成本。原料成本的高低取决于菌种的生产效率及所采用的发酵工艺，而分离提纯成本则主要取决于采用的工艺。
[0003]目前的提取工艺是首先采用高速离心机将细胞从发酵液中分离出来，再对分离后的湿菌体中的PHA进行提纯，一般采用的方法是有机溶剂萃取法、化学试剂法、表面活性剂+酶法等。这些方法或是成本高、或是污染严重，难以实现工业化生产。
[0004]公开号CN1800235A的专利技术专利申请公开了一种从湿菌体中提取高纯度PHAs(聚羟基烷酸酯)的方法，首先需要浓缩发酵液收集菌体，并采用有机溶剂溶解高分子，分离去残渣，再浓缩有机相分离得到PHA。该方法有机溶剂使用量大，设备的安全性要求较高，溶剂回收困难，存在有机溶剂泄漏风险，只适合实验室提取试验，不适合工业化生产。
[0005]公开号CN1070534C的专利技术专利公开了一种从细菌菌体内分离提取PHA的方法，包括如下步骤：1)用含有表面活性剂的碱性溶液处理菌体；2)固液分离，分离出去大部分非PHA成分；3)用碱性蛋白酶处理PHA；4)分离提取PHA颗粒；5)干燥得到PHA产品。该方法反应条件温和，成本较低，但是耗碱量大，表面活性剂添加量大，而且需要加碱性蛋白酶，额外地增加了成本，且只是实验室工艺，未考虑工业化放大。
[0006]公开号CN109504715A的专利技术专利公开了一种制备聚羟基脂肪酸酯(PHA)的方法，该方法包括以下步骤：(1)制备嗜盐菌发酵液并通过固液分离得到浓缩菌液；(2)对步骤(1)得到的浓缩菌液进行洗涤；(3)对步骤(2)得到的洗涤后的菌液进行细胞壁破壁裂解以得到破壁液；(4)去除步骤(3)得到的破壁液中的非PHA物质，收集PHA；(5)纯化PHA；(6)干燥PHA。该方法浓缩菌液、破壁、去除非PHA物质、洗涤等步骤均需要用到2000
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20000rpm高速离心、反复离心，设备投资成本高，只适合实验室研究，不适合工业化生产；破壁过程需要在高温、碱性、表面活性剂条件下高速离心，不仅会产生大量泡沫，处理过程容易失控，而且高温碱性环境下，因为碱的剪切作用，PHA发生降解，其分子量锐减，所分离得到的PHA产品的应用领域将大为受限。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、生产效率高、产品品质稳定、成本低，能够实现大规模工业化生产的分离提纯聚羟基烷酸酯的工艺。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法，包括以下步骤：
[0010](1)取聚羟基烷酸酯生产菌的发酵液，进行细胞破壁处理得到破壁液；
[0011](2)利用碱液调节破壁液pH值至碱性；
[0012](3)往碱性破壁液中加入钠盐和阴离子表面活性剂，进行搅拌反应，其中加入钠盐和加入阴离子表面活性剂的顺序可以互换；
[0013](4)固液分离收集沉淀，并用水洗至中性，再脱水、干燥，获得所述聚羟基烷酸酯。
[0014]步骤(1)中，本专利技术无需分离菌体，直接对含有聚羟基烷酸酯生产菌的发酵液进行细胞破壁处理，释放出菌体胞内物质。
[0015]本专利技术方法中，细胞破壁可以采用机械破壁法，也可以采用化学破壁法。优选的，所述机械破壁法采用超声波法或高压均质法。
[0016]优选的，所述超声处理条件为：功率200～1000W，时间10～30min。
[0017]优选的，所述高压均质条件为：压力50～100MPa，更为优选，压力60～80MPa，破壁2次。
[0018]步骤(2)中，将破壁液pH值调节至8～12，可以增溶菌体蛋白、水解部分磷脂分子，协同促进表面活性剂结合非PHA物质的反应。
[0019]所述碱液的碱性物质为NaOH、Na2CO3、NaHCO3或氨水。优选的，将破壁液pH值调节至9～11。
[0020]步骤(3)中，往碱性破壁液中添加钠盐进行反应析出，并添加阴离子表面活性剂作为洗涤剂进行搅拌以溶解破壁液中细胞碎片等非PHA物质。在此过程中，本专利技术添加钠盐进行反应析出，阻止碱液对聚羟基烷酸酯的水解作用；另一方面，高盐环境改变细胞表面电荷，降低细胞膜稳定性，有利于阴离子表面活性剂插入细胞膜，包裹细胞膜的磷脂双分子层结构，使得聚羟基烷酸酯从细胞碎片中分离出来，释放至反应液中。
[0021]所述钠盐可选用氯化钠、硫酸钠或碳酸钠。优选的，所述钠盐为氯化钠。
[0022]以每升发酵液计，钠离子浓度为0.3～1mol/L。钠盐的用量是发酵液的1％～10％(W/V)。研究表明，随着钠盐用量增加，可促进反应析出，反应析出时间缩短，反应物结团效果好。钠离子浓度超过1mol/L(发酵液)，增效不明显。优选的，以NaCl为例，用量为2～6g/100mL发酵液。
[0023]优选的，所述阴离子表面活性剂采用十二烷基硫酸钠。
[0024]优选的，按照每100mL发酵液添加1～5g的阴离子表面活性剂。
[0025]研究表明，不同的钠盐、阴离子表面活性剂用量、反应温度、搅拌转速等因素都会造成反应析出时间的差异。因此，一个原则是以加入提取反应原料后，第一时间混匀为佳，当混匀后，搅拌转速要适当降低，有利于产品析出。反应时间以产物完全析出为准，搅拌转速根据具体情况调整。
[0026]优选的，加入钠盐后反应时间为1～15min。加入阴离子表面活性剂后反应时间为1～5min。
[0027]为保证充分反应，先将钠盐和阴离子表面活性剂分别溶于水中制备成溶液，再加入到反应体系中。
[0028]步骤(3)中，控制反应温度不低于10℃。研究表明，高浓度SDS在低温条件下会出现凝固，不利于反应。若温度过高，产物析出太快，固形物结团松散，颗粒细软，不利于固液分离，作为优选，反应温度为10℃～50℃。以NaCl为例，反应温度为10～35℃。更优选的，反应温度为15～25℃。
[0029]步骤(4)中，将反应液进行固液分离，收集沉淀，重复多次水洗步骤进行PHA的纯化。
[0030]优选的，固液分离的方法可以是真空抽滤、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取聚羟基烷酸酯生产菌的发酵液，进行细胞破壁处理得到破壁液；(2)利用碱液调节破壁液pH值至碱性；(3)往碱性破壁液中加入钠盐和阴离子表面活性剂，进行搅拌反应，其中加入钠盐和加入阴离子表面活性剂的顺序可以互换；(4)固液分离收集沉淀，并用水洗至中性，再脱水、干燥，获得所述聚羟基烷酸酯。2.如权利要求1所述的从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，步骤(1)中，细胞破壁采用超声波法或高压均质法。3.如权利要求1所述的从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，步骤(2)中，将破壁液pH值调节至8～12；所述碱液的碱性物质为NaOH、Na2CO3、NaHCO3或氨水。4.如权利要求1所述的从发酵液中直接分离提纯聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述钠盐为氯化钠、硫酸钠或碳酸钠；以每升发酵液计，钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光辉，吕士军，应伟东，傅舟君，张明，李佳灵，
申请(专利权)人：宁波天安生物材料有限公司，
类型：发明
国别省市：