聚羟基脂肪酸酯的应用—3-羟基脂肪酸甲酯作用燃料的潜能开发

论文摘要

聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates PHA）是细菌合成的一类聚酯性质的生物材料。由于生物可降解性和生物相容性,PHA在塑料行业、生物医学领域等已经引起了广泛的兴趣和进行着深入的研究。在本论文中,首次把细菌合成的聚-3-羟基丁酸酯（Poly-3-hydroxybutyrate PHB）和中长链PHA（Medium-Chain-Polyhydroxyalkanoates MCL PHA）这两种PHA用作生物燃料。同时,对嗜水气单胞菌（A.hydrophila 4AK4）进行基因工程改造,把来自于恶臭假单胞菌（P.putida）的3-羟基酯酰-ACP:CoA酰基转移酶（3-hydroxyacyl-ACP:CoA transacylase简称PhaG）编码基因导入4AK4中,以期使4AK4能直接利用葡萄糖合成生物材料聚-3-羟基丁酸-3-羟基己酸（Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate PHBHHx）。在本研究中,利用酸催化的水解方法,把PHB和MCL PHA分别转化为3-羟基丁酸甲酯（3HB M）和中长链羟基脂肪酸甲酯（MCL HAM）,并利用气相色谱仪（GC）和傅立叶红外光谱仪（FTIR）对制备的3HB M和MCL HAM分别进行定性和定量的测量。结果表明,3HB M和MCL HAM的回收率分别为52%和65%,而3HB M和MCL HAM的纯度均在95%以上。利用氧弹量热计法对3HB M、MCL HAM、乙醇、正丙醇、正丁醇、0#柴油、90#汽油以及以3HB M或MCL HAM为基础的各种混合燃料的燃烧热值。结果表明:3HB M的燃烧热值为19.43KJ/g、MCL HAM的燃烧热值为36.5KJ/g、乙醇的燃烧热值为27.32KJ/g。在所有待测物质的燃烧热值中,#柴油的燃烧热值是最高的,达到54.62KJ/g。在测定混合燃料的燃烧热值过程中发现,3HB M或MCL HAM能提高乙醇、正丙醇、正丁醇这三种醇类燃料的燃烧热值,如纯乙醇的燃烧热值为27.32KJ/g,而加入10%（w/w）的3HB M或MCL HAM后,混合燃料的燃烧热值分别提高到32.88KJ/g和36.86KJ/g。对于正丙醇和正丁醇这两种醇类燃料来说,3HB M和MCL HAM也能提高它们的燃烧热值但提高的幅度没有乙醇大,如纯正丙醇的燃烧热值为34.32KJ/g,加入10%的3HB M或MCL HAM后,混合燃料的燃烧热值仅上升到36.66KJ/g。此外,随着3HB M或MCL HAM在乙醇、正丙醇、正丁醇中比重的增加,混合燃料的燃烧热值没有发生明显的变化。在测定3HB M、MCL HAM和汽油或柴油的混合燃料的燃烧热值中发现,3HB M或MCL HAM均不能使柴油或汽油的燃烧热值升高,相反,3HB M、MCL HAM降低了柴油或汽油的燃烧热值。此外,论文还研究了PhaG在嗜水气单胞菌（A.hydrophila 4AK4）中的表达。文中成功克隆出编码PhG的phaG基因并成功使其构建在pLZZC08质粒上,通过电转化的方法把pLZZC08phaG质粒导入大肠杆菌E.coliS17-1中,最后利用结合转化的方法使pLZZC08phaG质粒转入A.hydrophila 4AK4中。电泳分析表明pLZZC08phaG已成功转入A.hydrophila 4AK4中,但发酵结果和GC分析表明,A.hydrophila 4AK4基因工程菌却不能利用葡萄糖合成PHBHHx,具体原因正在分析和验证过程中,后续实验也在进行当中。

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摘要

Abstract

主要符号对照表

第1章引言

1.1 聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates PHA）背景介绍

1.1.1 PHA 的概述

1.1.2 PHA 研究的发展历程

1.1.3 PHA 的微生物合成

1.1.4 PHA 的表征、性质、加工和改性

1.2 3-羟基脂肪酸（3-hydroxyalkanoate 3HA）的概述

1.2.1 3HA 的生产方式

1.2.2 3HA 的主要应用

1.3 生物燃料（Bio-fuel）的概述

1.4 商业化生产PHA 的概述

1.5 实验目的和意义

第2章实验材料与基本方法

2.1 实验材料

2.1.1 菌种及质粒列表

2.1.2 主要试剂、原料和仪器

2.2 实验过程和操作方法

2.2.1 MCL PHA 的发酵生产和检测

2.2.2 常用抗生素的配制

2.3 3HB 甲酯以及MCL HA 甲酯的制备及其燃烧热值测定

2.3.1 3HB 甲酯以及MCL HA 甲酯的制备和检测

2.3.2 3HB 甲酯以及MCL HA 甲酯的燃烧热值测定

2.3.3 3HB 甲酯或MCL HA 甲酯与乙醇等燃料混合后的燃烧热值测定

2.4 利用葡萄糖发酵生产PHBHHx 的尝试

2.4.1 A.hydrophila 4AK4（pLZZC08phaG）的构建

2.4.2 大肠杆菌感受态的制备

2.4.3 电转化方法及接合转化方法引入外源质粒

2.4.4 接合转化法将目标质粒转入 Aeromonas hydrophila 4AK4

2.4.5 A.hydrophila 4AK4（pLZZC08phaG）利用葡萄糖生产PHBHHx 的能力检测

第3章结果和讨论

3.1 3HB 甲酯和MCL HA 甲酯作为燃料的潜能开发

3.1.1 MCL PHA 的发酵生产及其理化分析

3.1.2 3HB 甲酯和MCL HA 甲酯的制备及检测

3.1.3 3HB 甲酯和MCL HA 甲酯作为燃料的潜能开发

3.1.4 3-羟基脂肪酸衍生物提高醇类燃料的燃烧热值

3.2 A.hydrophila 4AK4（pLZZC08phaG）的构建

3.2.1 带有phaG 基因的质粒pLZZC08phaG 的构建

3.2.2 以葡萄糖为碳源培养重组A.hydrophila 4AK4 菌

第4章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的论文和取得的称号

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