一种从混合菌群中提取纯化聚羟基烷酸酯的方法

本发明属于环保工程技术和生物基可降解材料领域，涉及一种从混合菌群中提取纯化聚羟基烷酸酯的方法。

背景技术：

1、聚羟基脂肪酸酯（pha）作为一种由微生物在胞内合成的天然高分子聚合物，因其具备优异的生物相容性和完全可降解性，被视为替代传统石油基塑料的理想环保材料。近年来，利用混合菌群合成pha的技术因其无需严格灭菌、可利用廉价碳源（如废水、厨余垃圾等有机废弃物）等优势，成为降低pha生产成本的重要途径。因此，从混合菌群中提取pha是促进pha广泛使用的关键。

2、现有的pha提取纯化工艺往往面临着严峻的环保与成本挑战。例如，传统的溶剂提取法主要依赖于氯仿等高毒性、强挥发性的卤代烃溶剂和添加大量氧化剂进行预处理，这不仅对操作人员的健康构成极大威胁，还会产生严重的二次环境污染且会破坏提取pha分子结构。另外，为了提高氯仿等溶剂的提取率，传统工艺通常需要对收集到的湿菌体进行耗时且高能耗的冷冻干燥（冻干）预处理，以使得细胞破壁并促进溶剂渗透。此外，若直接从混合菌群中提取pha，则会因为混合菌群表面存在大量胞外聚合物（eps）而会阻碍溶剂渗透进入到细胞内部，由此会导致提取率极低，根本无法满足工业化放大的需求。

3、因此，如何能够克服eps屏障、避免使用剧毒溶剂，并开发出一种成本低、高效、绿色环保的pha提取纯化工艺，是亟待解决的关键技术问题。

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，提供一种成本低、高效、绿色环保的从混合菌群中提取纯化聚羟基烷酸酯的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种从混合菌群中提取纯化聚羟基烷酸酯的方法，包括以下步骤：

4、s1、获取积累有聚羟基烷酸酯的混合菌群；

5、s2、对步骤s1中的混合菌群进行菌群分离，收集沉淀物；

6、s3、将步骤s2中收集的沉淀物加入到na2co3溶液中，加热，搅拌，离心，去除胞外聚合物，收集沉淀物；

7、s4、对步骤s3中收集的沉淀物进行烘干，使用有机溶剂进行提取，收集提取溶液，过滤，干燥，得到聚羟基烷酸酯产品。

8、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述na2co3溶液的体积分数为0.25 %～1.75 %。

9、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述na2co3溶液的体积分数为0.5 %～1.5%。

10、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述na2co3溶液的体积分数为0.75 %～1.25 %。

11、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述加热为：将na2co3溶液加热至60 ℃～90 ℃；所述搅拌的时间为15 min～70 min。

12、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述离心的条件为：在6000rpm～10000rpm的转速下离心10 min～30 min，使溶解的eps保留在上清液中。

13、上述的方法，进一步改进的，步骤s3中，所述加热为：将na2co3溶液加热至70 ℃～85 ℃；所述搅拌的时间为20 min～60 min。

14、上述的方法，进一步改进的，步骤s1中，获取积累有聚羟基烷酸酯的混合菌群，包括以下步骤：在sbr反应器中对好氧颗粒污泥进行富集培养，筛选得到具有合成pha能力的混合菌群，再将具有合成pha能力的混合菌群置于fed-batch反应器中进行合成培养，得到积累有聚羟基烷酸酯的混合菌群。

15、上述的方法，进一步改进的，步骤s2中，所述菌群分离的条件为：在6000rpm～10000 rpm的转速下离心5 min～20 min。

16、上述的方法，进一步改进的，步骤s4中，所述烘干的条件为：在45 ℃～65 ℃条件下烘干1h～4 h；所述有机溶剂为碳酸二甲酯；所述提取过程中控制固液比为0.0125～0.05；所述提取在温度为60 ℃～90 ℃的条件下进行；所述提取的时间为30 min～90 min。

17、与现有技术相比，本发明的优点在于：

18、（1）针对现有提取方法中存在的成本高、效率低、容易带来二次污染等不足，本发明创造性的提出了一种从混合菌群中提取纯化聚羟基烷酸酯的方法，通过将积累有聚羟基烷酸酯的混合菌群加入到na2co3溶液中并进行加热处理，能够高效且温和地溶解并剥离混合菌群表面的胞外聚合物（eps），这一预处理不仅彻底打通了后续溶剂向胞内渗透的物理通道，还提前洗去了大量非pha类杂质（如外部附着的蛋白质和多糖），提升了细胞壁的通透性，特别是，细菌在分离后，仅需进行常规烘干处理，即可直接进入有机萃取环节，彻底摒弃了传统工艺中对昂贵冷冻干燥设备的依赖和耗时的冻干过程，缩短生产周期，降低综合能耗。同时从提取效率方面来说，采用“去除eps预处理、碳酸二甲酯萃取纯化”的工艺所提取的产品，不仅纯度达到96.8 %以上，与氯仿标准方法提取基本一致，同时在回收率方面与碳酸二甲酯直接提取相比获得较大提升，达到87.9 %，回收率折损小，可达到生产要求，在避免二次污染的同时，兼顾了优异的pha纯度与理想的回收率，显著降低了生产周期与综合能耗，具有成本低、高效、绿色环保等优势，为pha的绿色工业化量产提供了可行方案。

19、（2）本发明选用低毒、环保的碳酸二甲酯（dmc）全面替代了具有强致癌风险和二次污染危害的传统卤代烃溶剂。在混合菌群eps被成功剥离的前提下，dmc展现出了极佳的萃取选择性和渗透力，使得整个提取纯化过程更加安全、温和，高度契合现代精细化工可持续发展的绿色化要求。

1.一种从混合菌群中提取纯化聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述na2co3溶液的体积分数为0.25 %～1.75 %。

3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述na2co3溶液的体积分数为0.5 %～1.5 %。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述na2co3溶液的体积分数为0.75 %～1.25 %。

5. 根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述加热为：将na2co3溶液加热至60 ℃～90 ℃；所述搅拌的时间为15 min～70 min；所述离心的条件为：在6000rpm～10000 rpm的转速下离心10 min～30 min，使溶解的eps保留在上清液中。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述加热为：将na2co3溶液加热至70 ℃～85 ℃；所述搅拌的时间为20 min～60 min。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤s1中，获取积累有聚羟基烷酸酯的混合菌群，包括以下步骤：在sbr反应器中对好氧颗粒污泥进行富集培养，筛选得到具有合成pha能力的混合菌群，再将具有合成pha能力的混合菌群置于fed-batch反应器中进行合成培养，得到积累有聚羟基烷酸酯的混合菌群。

8. 根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述菌群分离的条件为：在6000rpm～10000 rpm的转速下离心5 min～20 min。

9. 根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤s4中，所述烘干的条件为：在45 ℃～65 ℃条件下烘干1h～4 h；所述有机溶剂为碳酸二甲酯；所述提取过程中控制固液比为0.0125～0.05；所述提取在温度为60 ℃～90 ℃的条件下进行；所述提取的时间为30 min～90 min。