[發明專利]用微生物生產聚羥基烷酸酯類的方法

在審

• 申請號: 201380068229.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN104870649A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發明（設計）人: M·阿爾布開克;S·德雷里斯;J-L·尤里內拉雷亞;E·鮑爾;E·格魯斯奧
• 申請（專利權）人: 威立雅水務解決方案與技術支持公司
• 主分類號: C12P7/62
• 分類號: C12P7/62;C02F3/02;C02F3/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李瑛

1.發明領域

本發明涉及用于從包含各種微生物的天然來源選擇產生聚羥基烷酸酯(PHA)的微生物的方法。本發明還涉及用于通過這樣的選定的微生物生產PHA的方法。

2.現有技術

通過聚合有機單體、最常見的是來源于石油化學制品的單體制造塑料。然而，油正在變得稀有，塑料生產促成了溫室氣體排放和氣候改變，以及進而塑料在環境中的大量蓄積，它們對于天然降解而言非常難以應對，代表了顯著的擔憂。因此，已經研發了生物塑料的生產方法作為替代。這些可替代方法之一涉及用微生物生產基于生物的聚合物，如聚羥基烷酸酯類(PHA)，它們隨后可以用作生物塑料生產的原料。產生PHA的微生物包括野生型天然PHA生產者(例如鉤蟲貪銅菌(Cupriavidus?necator))；重組生物體，例如修飾的大腸桿菌(E.coli)；乃至微生物聚生體，例如存在于生物廢水處理系統中的那些。

在不平衡的生長條件下，細菌通過合成PHA儲存過量的胞內備用形式的碳。胞內PHA顆粒隨后可以用作細胞的碳和能量來源。可以通過設定相對于細胞生長速率過量的碳攝取流量、導致營養或電子受體限制或胞內生長需求缺乏(暴露于長期饑荒期限后)生成這樣的不平衡條件。

PHA屬于羥基烷酸酯單體的直鏈聚酯類的家族，所述羥基烷酸酯單體根據其組成展示出不同的和有意義的熱和機械特性。特別地，PHA組合物顯著地依賴于用作PHA蓄積的底物的碳源和細菌菌株。其中，它們是熱塑性的、延伸性的、或多或少彈性的、UV穩定的且顯示對于水和空氣的低滲透。因此，PHA看來是用于替代常用的聚烯烴類如聚丙烯的極為富有希望的解決方案。

生物塑料可以被定義為基于生物的，即由可更新的和天然的原料制成；和/或可生物降解的塑料。一些目前可利用的生物塑料是基于生物的，但不可生物降解(例如基于淀粉的具有石油化學衍生的接枝物的聚合物)，然而也存在基于合成的聚合物，可以修飾它們以滿足生物降解性標準。PHA具有基于生物的和可生物降解的優點，由此能夠用于閉環生產-利用-處理生命周期。

此外，當它們既是基于生物的，又是可生物降解的時，PHA允許短的產品生命周期：這對于單一應用而言是理想的，其中產品被污染(例如廢物收集)；或直接接觸天然環境的應用。其生產可以被視為可持續的。由于所有這些原因，PHA引起了學術界和化學工業的巨大關注。

迄今為止已經提出了兩個主要策略用于微生物PHA生產并且可以將其分類為：

-使用野生型或遺傳修飾的有效生產PHA的菌株的純培養系統和通常高成本的單一碳底物(例如葡萄糖、蔗糖或玉米漿)的工業化生物技術方法；和

-使用混合的培養系統或由不同微生物菌株組成的微生物聚生體的環境生物技術方法，所述微生物選自天然來源以富含在儲存PHA的生物體中。這些菌株能夠在預處理階段后利用復雜的原料(例如工業廢棄物和副產物，特別是液體流出物形式)。通常，預處理階段是產酸的發酵步驟，以便在揮發性脂肪酸(VFA)中富含流出物，VFA是用于PHA儲存的足夠的前體)，作為用于PHA蓄積的碳來源。

純培養系統的一個實例公開在專利申請US-5871980-A中。該申請涉及通過在補料分批反應器中培養富養產堿菌(Alcaligenes?eutrophus)來生產PHA的方法。不連續補料分批方法通常包括兩個連續的期：

1)用于細胞生長最大化的期(在無限制生長條件下)，以便增加細胞密度和由此使產率最大化；

2)用于在限制性營養條件下PHA蓄積的期。

根據這種技術，在無菌條件下培養細菌，以防止接種的非PHA產生菌株污染且由此使在底物上的PHA產率、PHA含量最大化并且還可以控制PHA質量。實際上，非儲存生物體的污染將會導致底物消耗中的競爭，所得到的每一生物質中的最終PHA比例的稀釋以及產生的PHA的異質性。在該對比文件中，C/P重量比在生長期間為40-100，并且在蓄積階段期間為300–600。