一种促进混合菌群生产聚羟基脂肪酸酯的方法

本发明属于生物可降解材料合成，涉及一种促进混合菌群生产聚羟基脂肪酸酯的方法。

背景技术：

1、与纯菌培养相比，混合菌群产聚羟基脂肪酸酯（pha）因其绿色可循环、经济可持续等优势成为研究热点。

2、混合菌群生产pha通常包含三个阶段：废物流厌氧发酵产挥发性短链脂肪酸、pha积累菌的富集筛选、以及pha的生产积累。然而，由于厌氧发酵液成分的复杂性和混合菌群组成的不确定性，pha产量存在较大差异。有机负荷率(olr)作为调控进水底物的关键因素，在微生物生长和pha合成过程中起着至关重要的作用。然而，关于pha相关微生物群落对不同olr冲击的响应和适应性问题仍缺乏系统研究。此外，如何确定富集阶段与生产阶段的最佳olr衔接倍数，以实现pha产量的最大化，是目前亟待解决的技术问题。

3、因此，如何利用olr调控混合菌群产聚羟基脂肪酸酯的合成过程，并促进混合菌群生产及积累更多的聚羟基脂肪酸酯，是促进聚羟基脂肪酸酯的广泛应用的重要手段。

4、基于上述原因，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种促进混合菌群生产聚羟基脂肪酸酯的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种促进混合菌群生产聚羟基脂肪酸酯的方法，包括以下步骤：

4、s1、获取好氧颗粒污泥；

5、s2、将步骤s1中获取的好氧颗粒污泥置于sbr反应器中，加入底物a进行富集培养，筛选出具有合成聚羟基脂肪酸酯能力的混合菌群；所述底物a中olr浓度为1.52 g cod/l～3.68 g cod/l；

6、s3、将步骤s2中获取的混合菌群接种到fed-batch反应器中，加入底物b进行合成培养，得到细胞内积累有聚羟基脂肪酸酯的混合菌群；所述底物b中olr浓度为3.03 g cod/l～20.61 g cod/l。

7、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述底物b中olr浓度为6.06 g cod/l～11.78 g cod/l。

8、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述底物b为含有挥发性脂肪酸混合物的厌氧发酵液；所述挥发性脂肪酸混合物包含乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸；所述底物b中碳源、氮源、磷源的质量浓度比为100∶4～6∶1，scod浓度为4.9 g/l～5.0 g/l，ph值为4.8～5.2。

9、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，加入底物b，使fed-batch反应器内碳源、氮源、磷源的质量浓度比为100∶4～6∶1。

10、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述合成培养在曝气的条件下进行；所述曝气的流量为0.2 l/min～2 l/min。

11、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述合成培养过程中通过监测ph值判断底物消耗情况：当fed-batch反应器内ph值升至9.0±0.5并维持2min～4min不变时，沉降1min～6min，排出占反应器物料总体积1/4的上清液，并瞬时补充等体积的底物b，使fed-batch反应器的有效容积不变；当补充底物b后，fed-batch反应器内反应时间达到8小时，停止合成培养；所述合成培养完成后还包括以下处理：对fed-batch反应器内的产物进行静置，所述静置的时间为1 min～6min，去除上清液，得到细胞内积累有聚羟基脂肪酸酯的混合菌群。

12、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述细胞内积累有聚羟基脂肪酸酯的混合菌群的后续处理为：对细胞内积累有聚羟基脂肪酸酯的混合菌群进行离心，收集沉淀物，得到聚羟基脂肪酸酯。

13、上述的方法，进一步改进的，步骤s2中，所述底物a为含有挥发性脂肪酸混合物的厌氧发酵液；所述挥发性脂肪酸混合物包含乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸；所述底物a中碳源、氮源、磷源的质量浓度比为100∶4～6∶1，scod浓度为2.4 g/l～2.7 g/l，ph值为6.3～7.1。

14、上述的方法，进一步改进的，步骤s2中，所述富集培养包括启动阶段和周期运行阶段；在启动阶段，向sbr反应器中加入底物a；在每个培养周期中，于加入新的底物a之前，先将培养产物静置5min～30min，去除上清液，然后加入与所排出上清液等体积的底物a，所述上清液的排出体积为sbr反应器中物料总体积的1/4；所述富集培养在搅拌和曝气条件下进行，搅拌速率为250r/min～300r/min，控制泥力停留时间为10天，水力停留时间为24h，培养周期数为10～18个。

15、上述的方法，进一步改进的，步骤s1中，获取好氧颗粒污泥的方法包括以下步骤：将剩余污泥置于sbr反应器中进行好氧培养，得到好氧颗粒污泥。

16、上述的方法，进一步改进的，所述好氧培养在搅拌与曝气条件下进行，所述搅拌的速率为250 r/min～300 r/min，所述曝气的流量为0.2 l/min～2 l/min。

17、上述的方法，进一步改进的，所述好氧培养的培养期间控制污泥停留时间为10天，水力停留时间为24小时，培养周期数为10～18个；在第一周期内投加酵母膏水溶液，自第二周期起每次补料前先静置10 min～30 min，排出上清液，再加入底物a，使sbr反应器内碳源、氮源、磷源的质量浓度比保持为100∶4～6∶1。

18、上述的方法，进一步改进的，所述剩余污泥与酵母膏水溶液的体积比为1∶1～5，酵母膏水溶液的浓度为0.6 g/l～1.4 g/l；所述剩余污泥在使用前经20～28小时沉降处理，得到浓缩污泥，其tss含量为22 g/l～37 g/l。

19、上述的方法，进一步改进的，所述好氧培养过程中，每次加入的底物a的体积与排出的上清液体积相等，均为反应器物料总体积的1/4。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、（1）本发明提供了一种促进混合菌群生产聚羟基脂肪酸酯的方法，通过系统研究混合菌群在不同有机负荷率（olr）冲击下的响应与适应机制，获得了实现pha产量最大化增量的有机负荷率窗口，具体是，在聚羟基脂肪酸酯的合成培养过程中，通过优化底物b中olr浓度为3.03 g cod/l～20.61 g cod/l，不仅能够在低成本条件下实现混合菌群的高效pha生产，而且能够显著提高pha产率，其中可将pha产率由0.41 g pha/g cod提高至0.50～0.65 g pha/g cod，产率增加了0.1 g pha/g cod，增幅极大，增加了21%。同时，能够及时从体系中分离得到pha积累量最大的混合菌群，避免了因代谢失调导致的碳源浪费。

22、（2）本发明的方法，通过优化生产阶段的有机负荷率，能够有效引导碳流向pha合成路径，提高碳源转化效率，具体来说，在底物的olr浓度为6.06~11.78 g cod/l的条件下，混合菌群的底物消耗速率最高（0.21 g cod/(g vss·h)），且碳源向pha转化的效率最优（ypha/s~=0.51），表明该olr水平既能充分激发菌群的底物利用能力，又能最大限度地减少碳源用于细胞维持代谢和非pha合成途径的消耗。

23、（3）本发明的方法，通过确定富集培养与合成培养的最佳olr衔接倍数（0.6~0.8倍），具体是在富集培养中底物的olr浓度为1.52 g cod/l～3.68 g cod/l，且在合成培养中底物的olr浓度为6.06 g cod/l～11.78 g cod/l时，解决了现有技术中难以实现pha产量最大化的技术难题。在实际生产过程中，本发明不仅可以有效提高单批次pha的积累量，还能减少补料次数和缩短培养周期，从而显著降低用地成本和操作成本。此外，本发明通过微生物群落结构分析，揭示了不同olr条件下微生物群落的演替规律，为定向调控混合菌群组成、进一步提高pha产量提供了理论指导。与现有技术相比，本发明方法简单易行，适用于不同规模的pha生产，具有良好的工程应用前景和经济效益。