制備聚羥基脂肪酸酯的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物技術、生物質利用和CO2固定領域，具體涉及一種產氫菌與真養產堿桿菌聯合轉化生物質和CO2制備聚羥基脂肪酸酯的方法。
【背景技術】
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[0002]微生物暗發酵制氫是異養型厭氧細菌利用碳水化合物等有機物，通過暗發酵作用產生氫氣的過程。利用秸桿、造紙工業廢水、發酵工業廢水、食品工業廢液等為原料進行生物制氫，是獲得潔凈能源氫氣的有效方法。但在產氫過程同時產生C02和有機酸，產生的H2、CO2和有機酸的摩爾比大約為(I?2)/1/1，C02—般直接排放或制備干冰，而有機酸在發酵液中濃度往往很低，難以回收利用。目前產氫過程碳利用率基本為零，須進一步提高其經濟和環保效益。真養產堿桿菌(Ralstonia eutropha或Alcaligenes eutrophus)是一種兼性化能自養菌，能利用有機酸、糖等有機物化能異養，也能利用COdPH2為碳源和能源在有O2條件下進行化能自養，在細胞內大量積累生物可降解塑料聚羥基脂肪酸酯(PHA)。目前，聚羥基脂肪酸酯主要由葡萄糖等原料生產，價格昂貴，尋找廉價原料發酵是PHA大規模生產的關鍵。針對以上問題，本項目提供一種產氫菌與真養產堿桿菌聯合轉化生物質和CO2制備聚羥基脂肪酸酯的方法，首先利用產氫菌以生物質(如秸桿、生活垃圾、工業廢水等)為原料厭氧發酵產生氫氣、二氧化碳和有機酸，發酵過程收集氫氣和二氧化碳混合氣體。同時利用含有機酸的發酵液，按1-5%比例接種真養產堿桿菌，有氧發酵(化能異養)4-24h，利用有機酸為碳源發酵生長菌體，再將收集的氫氣和二氧化碳補加一定量的二氧化碳、氫氣和氧氣組成的混合氣，導入真養產堿桿菌發酵液中，進行以二氧化碳、氫氣和氧氣為碳源和能源的化能自養發酵，生產聚羥基脂肪酸酯。本項目克服生物質產氫過程碳利用率低、有機酸可能造成二次污染以及經濟效益差的問題，同時在化能自養發酵階段大量轉化二氧化碳制備PHAJ^實現二氧化碳減排和降低可降解塑料PHA的生產成本。因此，本發明具有潛在的工業應用價值和社會價值。

【發明內容】

[0003]發明目的:
[0004]本發明提供一種產氫菌與真養產堿桿菌聯合轉化生物質和C02制備聚羥基脂肪酸酯的方法，目的有兩個方面，一是針對生物質產氫過程產生的CO2和有機酸回收利用困難，其經濟和環境效益有待進一步提高的現狀，發明利用真養產堿桿菌以產氫過程產生的有機酸和CO2為碳源生產PHA，從而提高生物質利用的經濟和社會效益;二是CO2減排和固定是緩解溫室效應的有效途徑，真養產堿桿菌利用完產氫過程產生的有機酸和CO2之后，還需要吸收大量的CO2合成PHA，達到C02固定的目的，同時產生的PHA是可降解塑料，其使用可為環保和減排做貢獻。
[0005]技術方案:
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:
[0007]I)產氫菌以生物質為原料厭氧發酵3-30天產生氫氣、二氧化碳和有機酸，發酵過程收集氫氣和二氧化碳氣體，其中生物質包括但不限于木質纖維素類、淀粉類和有機垃圾，產氫微生物包括但不限于 Clostridium，Caldice I lulosiruptor，Thermoanaerobac ter ium，Desulfotomaculumο
[0008]2)收集步驟I)中含有機酸的發酵液，按1-5%比例接種真養產堿桿菌，在25_35°C條件下有氧發酵4_24h，將有機酸利用完之后，將在步驟I)收集的氫氣和二氧化碳補加一定量的二氧化碳、氫氣和氧氣組成的混合氣，混合氣中二氧化碳、氫氣和氧的比例為I比4-8比
0.5-2，將混合氣壓縮到10-1OOOkpa或用蠕動栗導入真養產堿桿菌發酵液中，控制氣體流量為每分鐘經過發酵液的體積為發酵液體積的0.5-5倍，在25-35°C下進行以二氧化碳、氫氣和氧氣為碳源和能源的化能自養發酵1-6天，離心收集菌體，烘干后用有機溶劑萃取得打聚羥基脂肪酸酯。
【具體實施方式】
[0009]實施例1:CaldiceIlulosiruptor owensensis與真養產喊桿菌聯合轉化玉米稻桿和CO2制備聚羥基脂肪酸酯
[0010]產氫菌Caldicellulosiruptor owensensis以玉米稻桿為原料厭氧發酵，稻桿在發酵液中的初始含量為2% (w/v)，在75°C搖床發酵15天產生氫氣、二氧化碳和有機酸，發酵過程收集氫氣和二氧化碳氣體。發酵結束后，離心收集含有機酸的發酵液，按2.5%比例接種培養24h的真養產堿桿菌，在200轉/分鐘搖床28°C發酵14h，發酵液中檢測不到有機酸，在產氫過程收集的氫氣和二氧化碳氣體中補加一定量的二氧化碳、氫氣和氧氣組成的混合氣，使混合氣中二氧化碳、氫氣和氧的比例為I比6比I，用蠕動栗導入真養產堿桿菌發酵液中，控制氣體流量為每分鐘經過發酵液的體積為發酵液體積的0.5倍，在30°C下進行以二氧化碳、氫氣和氧氣為碳源和能源的化能自養發酵5天，離心收集菌體，烘干后用有機溶劑萃取得打聚羥基脂肪酸酯，聚羥基脂肪酸酯產率為21g/L。
[0011 ] 實施例2:Clostridium butyricum與真養產堿桿菌聯合轉化小麥稻桿和⑶2制備聚羥基脂肪酸酯
[0012]產氫菌Clostridium butyricum以小麥稻桿為原料厭氧發酵，稻桿在發酵液中的初始含量為2.2 % (w/v)，在5L發酵罐37°C發酵10天產生氫氣、二氧化碳和有機酸，發酵過程收集氫氣和二氧化碳氣體。發酵結束后，離心收集含有機酸的發酵液，按3%比例接種培養22h的真養產堿桿菌，在220轉/分鐘搖床28°C發酵18h，發酵液中檢測不到有機酸，在產氫過程收集的氫氣和二氧化碳補加一定量的二氧化碳、氫氣和氧氣組成的混合氣，使混合氣中二氧化碳、氫氣和氧的比例為I比7比1.2，用蠕動栗導入真養產堿桿菌發酵液中，控制氣體流量為每分鐘經過發酵液的體積為發酵液體積的I倍，在30°C下進行以二氧化碳、氫氣和氧氣為碳源和能源的化能自養發酵3天，離心收集菌體，烘干后用有機溶劑萃取得打聚羥基脂肪酸酯，聚羥基脂肪酸酯產率為25g/L。
[0013]實施例3:厭氧產氫混合菌群與真養產堿桿菌聯合轉化工業廢水和CO2制備聚羥基脂肪酸酯
[0014]用馴化的厭氧產氫菌群活性污泥顆粒，在UASB反應器中利用COD為20-40g/L的工業廢水發酵產氫，控制有機物水力停留時間為48h，發酵溫度為37°C，發酵過程收集氫氣和二氧化碳氣體，同時收集含有機酸的發酵廢液。在發酵廢液離心去除固體顆粒后，按3%比例接種培養24h的真養產堿桿菌，在5L發酵罐中30°C有氧發酵20h，發酵液中檢測不到有機酸，將產氫過程收集的氫氣和二氧化碳補加一定量的二氧化碳、氫氣和氧氣組成的混合氣，使混合氣中二氧化碳、氫氣和氧的比例為I比8比I，將混合氣壓縮到500kpa，替代無菌空氣導入真養產堿桿菌發酵罐中，控制氣體流量為每分鐘經過發酵液的體積為發酵液體積的I倍，在30°C下進行以二氧化碳、氫氣和氧氣為碳源和能源的化能自養發酵5天，離心收集菌體，烘干后用有機溶劑萃取得打聚羥基脂肪酸酯，聚羥基脂肪酸酯產率為31g/L。
【主權項】
1.產氫菌與真養產堿桿菌聯合轉化生物質和CO2制備聚羥基脂肪酸酯的方法，包括以下步驟: 1)產氫菌以生物質為原料厭氧發酵產生氫氣、二氧化碳和有機酸，發酵過程收集氣體。 2)收集步驟I)中含有機酸的發酵液，按1-5%比例接種真養產堿桿菌，有氧發酵4-24h，將有機酸利用完之后，將在步驟I)收集的氫氣和二氧化碳補加一定量的二氧化碳、氫氣和氧氣組成的混合氣，導入真養產堿桿菌發酵液中，進行以二氧化碳、氫氣和氧氣為碳源和能源的化能自養發酵，生產聚羥基脂肪酸酯。2.如權利要求1步驟I)所述的方法，生物質原料包括木質纖維素類、淀粉類和有機垃圾。3.如權利要求1步驟I)所述的方法，厭氧發酵溫度為30-85°C，發酵周期為3-30天。4.如權利要求1步驟2)所述的方法，混合氣中二氧化碳、氫氣和氧的比例為I比4-8比0.5~2ο5.如權利要求1步驟2)所述的方法，化能自養發酵過程氣體流量為每分鐘經過發酵液的體積為發酵液體積的0.5-5倍。6.如權利要求1步驟2)所述的方法，化能自養發酵時間為1-6天，發酵溫度為25-35°C。
【專利摘要】本發明針對生物質產氫過程產生的CO2和有機酸回收利用困難，其經濟和環境效益有待進一步提高的現狀，以及CO2減排和固定的迫切需求，提供一種產氫菌與真養產堿桿菌聯合轉化生物質和CO2制備聚羥基脂肪酸酯的方法。真養產堿桿菌是一種兼性化能自養菌，能利用有機酸、糖等有機物化能異養，也能利用CO2和H2為碳源和能源在有O2條件下進行化能自養，在細胞內大量積累生物可降解塑料聚羥基脂肪酸酯(PHA)。本方法通過工藝設計，利用真養產堿桿菌將生物質產氫過程生成的物質氫氣、二氧化碳和有機酸全部利用，同時大量固定CO2生成可降解塑料聚羥基脂肪酸酯。本發明不僅實現了生物質利用的零排放，同時提供一種快速固定CO2生產聚羥基脂肪酸酯的方法。
【IPC分類】C12R1/01, C12R1/05, C12P7/62, C12R1/145
【公開號】CN105543297
【申請號】CN201610119130
【發明人】韓業君, 彭小偉
【申請人】中國科學院過程工程研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年3月2日