一种生产聚羟基烷酸酯的方法.pdf

本发明公开了一种生产聚羟基烷酸酯的方法，包括以下步骤：在发酵罐中对原料进行发酵；在浓缩机中对发酵液进行浓缩以提高菌体的含量；用有机溶剂溶解菌体中的聚羟基烷酸酯；通过分馏设备将溶有聚羟基烷酸酯的有机相浓缩，提取聚羟基烷酸酯。本发明采用湿法一步提取的方法，极大地降低了提取成本，较传统的提取方法更适合工业化生产，同时还提高了产品的纯度。本发明采用的技术，突破了聚羟基烷酸酯产业化规模生产高成本与产品性能单一的技术瓶颈，实现了产品生产成本低、性能多样化。

1.  一种生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
101)在发酵罐中对原料进行发酵；
102)在浓缩机中对发酵液进行浓缩以提高菌体的含量；
103)用有机溶剂溶解菌体中的聚羟基烷酸酯；
104)通过分馏设备将溶有聚羟基烷酸酯的有机相浓缩，提取聚羟基烷酸酯。

2.  根据权利要求1所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，采用了新的酶提取法，得到高纯度的生物合成聚羟基烷酸酯所必需的酶。

3.  根据权利要求1所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，将生物合成聚羟基烷酸酯的几种关键酶构建到E.Coli的基因中，得到稳定、高效的菌株。

4.  根据权利要求1所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，采用了代谢工程控制法，使代谢产物可控，提高碳源的转化率。

5.  根据权利要求1所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，其特征在于，采用了构造不同的基因组合，控制不同的碳源比生产具有不同性能的聚羟基烷酸酯共聚物。

一种生产聚羟基烷酸酯的方法
[技术领域]
本发明涉及生物可降解塑料，尤其涉及一种生产聚羟基烷酸酯的方法。
[背景技术]
众所周知，由于人类的生产和生活活动在自然界中遗弃了很多不能自然降解的塑料制品，造成的白色污染是世界各国在工业化之后遇到的最严重的环境和社会问题之一。在过去的50年中，石油塑料和各种聚合物在包装上的应用增长是惊人的，现在全球每年生产超过1.7亿吨、价值1500亿美元的各种塑料相关材料。近年来我国包装用塑料已超过400万吨，其中难以回收利用的一次性塑料包装约占30％，每年产生的塑料包装废弃物约120万吨、塑料地膜40多万吨，难以回收的一次性塑料日用杂品及不宜回收利用的医用塑料约40万吨。据估计，2005年我国将产生难以回收利用的塑料废弃物350万吨，若部分以可降解塑料替代，则可减轻其对环境的污染程度。对此国内外已经提出了很多解决方案，但大都只能部分解决污染问题或用污染转移的方法来掩盖。国内国外各种塑料降解技术和产品的共同的特点是在不可降解的材料中添加其他生物成分，使材料在使用后可分解为细小的微粒，从表象上解决了“白色污染”问题；但由于这些塑料微粒不能进一步降解进入微生物循环，而长期混合保持在土壤中，其结果是直接破坏土壤质地，其危害比表象的“白色污染”后果更为严重。因此，世界各国已经纷纷采取立法措施限制不可降解和不可完全降解塑料的应用领域。可完全生物降解材料已经被美国政府作为重要的国家发展战略项目，我国也做出了相应的规定。
我国从上世纪80年代中期开始可降解塑料的研究工作，最初主要集中在光降解塑料，但这种添加型的降解塑料在自然环境中并不能全部降解，同时使用性能上也不能满足要求。因此从上世纪80年代末起，我国开始研发生物分解塑料。目前我国生物分解塑料主要集中在植物纤维如秸秆纤维模塑制品、淀粉模塑制品，能规模化生产的品种主要为PHBV、PPC、PVA、PEG、PHA。其中，聚羟基烷酸酯(PHAs)是一种热塑性塑料，具有良好的生物相容性、生物可降解性和压电性等高附加值性能，具有良好的使用与加工性能，可进行拉丝、模压、热注塑加工成型，可以成为现在市场绝大部分塑料材料的替代产品。但是，目前的聚羟基烷酸酯(PHAs)的生产成本高，还难以大范围推广利用。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种生产成本较低，提取纯度高，适合大范围推广利用的生产聚羟基烷酸酯的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种生产聚羟基烷酸酯的方法，包括以下步骤：
105)在发酵罐中对原料进行发酵；
106)在浓缩机中对发酵液进行浓缩以提高菌体的含量；
107)用有机溶剂溶解菌体中的聚羟基烷酸酯；
108)通过分馏设备将溶有聚羟基烷酸酯的有机相浓缩，提取聚羟基烷酸酯。
以是所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，采用了新的酶提取法，得到高纯度的生物合成聚羟基烷酸酯所必需的酶。
以上所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，将生物合成聚羟基烷酸酯的几种关键酶构建到E.Coli的基因中，得到稳定、高效的菌株。
以上所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，采用了代谢工程控制法，使代谢产物可控，提高碳源的转化率。
以上所述的生产聚羟基烷酸酯的方法，采用了构造不同的基因组合，控制不同的碳源比生产具有不同性能的聚羟基烷酸酯共聚物。
本发明采用湿法一步提取的方法，极大地降低了提取成本，较传统的提取方法更适合工业化生产，同时还提高了产品的纯度。
本发明采用的技术，突破了PHAs产业化规模生产高成本与产品性能单一的技术瓶颈，实现了产品生产成本低、性能多样化。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明生产聚羟基烷酸酯的方法的生产工艺流程图。
[具体实施方式]
本发明生产聚羟基烷酸酯的方法的生产工艺如图1所示。
本发明利用含葡萄糖、纤维的农作物及农业废弃物，以基因工程菌种构造法，使用低成本的醇替代较高成本的有机酸(盐)，进行聚羟基烷酸酯(PHAs)生物合成，生产出可完全生物降解的生物高分子材料聚羟基烷酸酯(PHAs)。
本发明采用主要设备包括发酵罐、离心机、浓缩机、蒸汽锅炉、分馏设备、制冷设备、烘干设备等。
本发明采用的关键技术包括：
(1)采用了最新的酶提取法，从而得到高纯度的生物合成PHAs所必需的几种酶；
(2)采用最新的基因构造法，将生物合成PHAs的几种关键酶成功地构建到E.Coli的基因中，而不是E.Coli的质粒中，从而得到了适合产业化生产的稳定、高效的菌株；
(3)采用了代谢工程(metabolic engineamg)控制法，使代谢产物可控，从而提高了碳源的转化率；
(4)采用了构造不同的基因组合，可以控制不同的碳源比来生产具有不同性能的PHAs共聚物，从而解决了产品性能单一的问题；
(5)采用湿法一步提取的方法，极大地降低了提取成本，较传统的提取方法更适合工业化生产，同时还提高了产品的纯度。
以上五个关键技术，突破了PHAs产业化规模生产高成本与产品性能单一的技术瓶颈，实现了产品生产成本低、性能多样化。
本发明采用了最新的基因工程技术来构造菌种，将合成聚羟基烷酸酯及其共聚物所需的几种酶构建于E.Coli的基因中，得到稳定、高效、完全适合产业化生产的工程菌株。而传统的方法只能将这些酶的片断构建于质粒中，由于质粒的不稳定性，构造的菌株效率低，而且极不稳定，不适合大规模生产，不具有产业化价值。本发明将多组酶构建于E.Coli的基因组中，从而使酶的表达效率成倍地增长，使发酵的周期由一般的80多个小时缩短到32-40个小时，高分子的转化率由不到2克/小时·升提高到3.3-4.0克/小时·升。
由于合成PHAs的酶是由不同的天然菌种中得到的，从不同的天然菌种中提取高纯度、高活性的酶是构建PHAs工程菌株的关键技术之一。本发明采用新的提纯和检测方法，可以很容易从大量的天然菌种中提取到合成PHAs所需的各种高纯度的酶，并很快知道这些酶的活性，能从这些酶中快速筛选出活性最好的酶。
本发明构造的菌株以产业规模化生产适应各种应用需求的PHAs，生产成本已经接近于“石油塑料”的成本，本发明的技术产业化生产PHAs的成本已经可以控制在每公斤1.5美元，
本发明生产的主要原料是葡萄糖(成水解统粉糖)糖渣等可再生的农产品，为这一产业提供了丰富的可再生的原材料。
本发明构造的工程菌种，成功地用低廉的无机氮源(如氨水)，从而大大地降低了原材料的成本。
PHAs的提取成本一直是困扰其产业化成功的关键技术难题。传统的提取方法每公斤PHAs的提取费用在50美分以上。本发明采用全新的湿法提取法其费用仅为每公斤5美分，而得到的高分子纯度比传统方法高3-5个百分点，达到99.9％，并且更适合大规模产业化生产。
本发明以可再生的葡萄糖、纤维为原料，具有原料可再生、生产过程无污染、使用后的废品可回收利用、不可回收利用的可完全生物降解成二氧化碳和水，无毒无味，无污染。PHAs材料在完成使用功能后，可在自然环境条件下较快地降解成为易被环境消纳的二氧化碳和水，最终回归大自然。
本发明PHAs产品是一种新型的可完全生物降解的热塑性塑料，其组成可以的具有良好的使用与加工性能，降解时间可调空间大，可广泛应用于农业、环保、生物化工、微电材料、能源、食品包装、农用薄膜、医药、医用材料等方面，具有与同类普通塑料相当或相近的应用性能和卫生性能。