聚3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯的发酵和提取工艺改进

论文摘要

聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates, PHA）是细菌合成的一类生物聚酯材料。它具有生物可降解性和生物相容性,已经受到塑料行业和生物医学等领域的广泛关注和研究。PHA中的聚羟基丁酸羟基己酸酯（PHBHHx）是3-羟基丁酸（3HB）和3-羟基己酸（3HHx）的共聚酯。PHBHHx拥有很好的机械性能,较好的血液相容性,同时具有比聚乳酸（ PLA）更好的生物相容性。但是由于PHBHHx的生产成本较高,使得它的应用受到限制。决定PHBHHx生产成本的因素主要有发酵成本和提取纯化成本。在本论文中,对于嗜水气单胞菌4AK4生产PHBHHx的发酵方法和提取工艺进行了改进。在发酵的过程中,由于使用月桂酸作为碳源时,极易起泡,因此本实验通过降低发酵液的pH值基本解决月桂酸起泡的问题,同时得到pH为6.3的最佳发酵pH值。在发酵前期增加氮源浓度来提高发酵液的营养水平,使得菌体在前期更好地生长增殖,提高菌体的密度。在发酵的后期停止氮源的供给,同时增加碳源的浓度,适当延长发酵时间,细胞干重和PHA含量都能得到显著提高。细胞干重最高为65g/L,PHA含量最高达到58.4%,虽然两项参数距离工业化生产仍然有差距,但是对于最终实现工业化生产摸索了有价值的发酵方法。本实验还针对PHBHHx提取成本过高的问题,进行了一系列水相提取的探索实验。实验结果表明在含有表面活性剂的碱性溶液中,能够破碎菌体细胞,同时降解细胞碎片（蛋白质、核酸等）,过滤提取得到PHBHHx,证明了水相提取的可行性,同时获得提取的最适pH值为12。提取过程中升高提取的温度,可以加速细胞碎片的降解,缩短提取时间。表面活性剂的浓度对于提取效率和产物PHBHHx纯度影响很小。提高提取效率,降低成本的关键在于提高发酵液中菌体的PHA含量,这样才能缩短提取时间,减少PHBHHx的降解损失。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英语缩略词表
• 第1章 前言
• 1.1 聚-3 羟基丁酸-3 羟基己酸共聚酯（PHBHHx）背景介绍
• 1.1.1 聚羟基脂肪酸酯（Ployhydroxyalkanoates PHA）的概述
• 1.1.2 PHA 的生理功能
• 1.1.3 PHA 研究的发展历程
• 1.1.4 PHA 的微生物合成
• 1.1.5 PHA 的性能表征
• 1.1.6 PHA 的主要应用
• 1.1.7 PHBHHx 简介
• 1.2 PHBHHx 的工业生产
• 1.2.1 PHA 的工业生产研究概况
• 1.2.2 PHA 的主要生产发酵、提取技术
• 1.2.3 PHBHHx 的生产研究现状
• 1.3 论文工作的目的和意义
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 主要实验试剂与谱器
• 2.1.1 实验菌种
• 2.1.2 主要试剂和仪器
• 2.2 主要的实验操作方法
• 2.2.1 PHBHHx 的发酵生产和检测中试剂配制方法
• 2.2.2 PHBHHx 的发酵实验操作方法
• 2.2.3 气相色谱分析菌体的胞内含量和摩尔组分操作方法
• 2.2.4 PHBHHx 的提取纯化方法
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 PHBHHx 的实验室发酵小试生产及其数据分析
• 3.1.1 PHBHHx 摇瓶发酵实验数据及其分析
• 3.1.2 PHBHHx 实验室发酵罐小试数据及分析
• 3.2 PHBHHX 中试生产数据及分析
• 3.3 PHBHHx 无机水相提取数据及分析
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及发表论文