多聚羟基烷酸异聚体的代谢调控及其下游加工过程研究

论文摘要

多聚羟基烷酸（PHA）是一类由生物合成的结构简单的高分子聚合物,它不仅具有石化塑料的特性,而且具有生物可降解性、生物相容性、降解产物无毒性的特性,是一种环境友好型的生物材料。这种新材料对于解决白色污染的环境问题以及医学组织工程框架材料有着重要的应用价值。 本论文研究了费氏中华根瘤菌S. fredii以葡萄糖为主要碳源,月桂酸和癸酸作为辅助碳源,通过代谢调控,分别获得了3-羟基丁酸和3-羟基辛酸共聚体P（HB-HO）,3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚体P（HB-HH）,并且分别研究了两种产品的高密度发酵调控实验的相关参数。其中聚合物P（HB-HO）填补了PHA系列生物材料的空白。实验结果表明:（1）P（HB-HO）中HO和P（HB-HH）中HH组分含量与月桂酸的加入时间和浓度有密切的关系,烷酸盐的最佳加入时间为胞内多聚物合成初期,即细胞生长期后期;尽管高浓度烷酸盐下可获得较高的HO、HH组分含量,但会明显抑制菌体的生长和产物的合成;通过控制烷酸盐浓度可以得到不同HO、HH组分含量的共聚体。（2）分别进行了P（HB-HO）和P（HB-HH）100L大罐发酵试验,在合成阶段,采用两阶段发酵方式和两步加盐法,不仅避免了高浓度烷酸盐对菌体的抑制作用,而且控制了冒顶现象。P（HB-HO）占干细胞最大为38.7%,单体比例为HO:HB=1:3.9,粘均分子量为1.51×105Da,P（HB-HH）总含量占干细胞30%,单体比例为HH:HB=1:1.6,粘均分子量1.37×105Da。 另外,分别进行了溶剂萃取法和水相分离法的两种方法提取PHA,通过正交数据分析设计实验,结果表明:使用氯仿-乙醇法提取2h-4h的效果最佳,收率可达到95.11%,纯度可达99.4%;而水相分离法中,硫酸法提纯产品纯度很低;碱法提取过程中,对产品的降解十分强烈;超声波法虽对细胞壁有一定的破碎作用,但是无法分离出与细胞残片混在一起的PHA颗粒。 接着我们对氯仿-乙醇萃取条件及不同萃取方式进行了研究,结果表明:（1）综合分析得出:萃取温度为40℃,氯仿与干细胞混合比例为5:1（v/g）,处理2～4小时,萃取液浓缩到1/10体积,沉淀剂乙醇加量

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 1.1 多聚羟基烷酸的研究历程
• 1.2 PHA的分类、理化性质及生物学特性
• 1.2.1 PHA的分类
• 1.2.2 PHA的物化性质
• 1.2.3 PHA的生物学特性
• 1.3 PHA的合成
• 1.3.1 PHA的微生物合成
• 1.3.2 生物合成PHA代谢途径及分子机制
• 1.3.3 PHB的化学合成
• 1.4 PHA的分解代谢
• 1.5 PHA的生理学意义
• 1.6 PHA的检测
• 1.7 PHA的提取
• 1.7.1 有机溶剂法
• 1.7.2 酶法
• 1.7.3 水相分离法
• 1.7.4 机械破碎法
• 1.8 PHA的应用与发展前景
• 1.9 PHA研究展望
• 第二部分 多聚羟基烷酸高密度发酵代谢调控参数的研究
• 2.1 实验材料及基本实验方法
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 羟基丁酸和羟基辛酸共聚体的代谢调控及高密度发酵条件优化
• 2.2.2 羟基丁酸和羟基己酸共聚体高密度发酵条件优化
• 第三部分 PHA下游提取工艺研究
• 3.1 实验材料和基本实验方法
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 菌体的收集及干燥
• 3.2.2 PHA的提取方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 溶剂萃取法提取PHA方法的研究
• 3.3.2 水相分离法提取PHA方法的研究
• 3.3.3 氯仿-乙醇萃取方式的研究
• 3.3.4 讨论
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 承诺书