[發明專利]一種利用甲烷產聚?β?羥基丁酸酯的甲烷氧化菌?異養菌混合菌群的馴化方法

在審

• 申請號: 201710194019.8
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107058206A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 周集體;張婷婷;王曉偉;張玉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12N1/36
• 分類號: C12N1/36
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,侯明遠

技術領域

本發明屬于生物可降解塑料合成和廢物資源化利用技術領域，涉及一種從活性污泥中馴化利用甲烷合成聚-β-羥基丁酸酯(PHB)的甲烷氧化菌-異養菌混合菌群的方法。

背景技術

PHB是一種微生物在生長限制條件下合成的碳源貯存物，具有良好材料性能、生物相容性和生物可降解性，是一種非常具有前景的傳統石油化工塑料替代品。

傳統的PHB發酵一般利用純菌為菌種，在以葡萄糖、蔗糖等商業化碳源為底物的條件下進行，高的PHB生產成本嚴重限制了PHB的廣泛應用。利用含有機物的廢物為底物，以活性污泥為菌種進行PHB發酵既可以大大降低PHB生產過程的底物成本，又可以省去因維護無菌環境而帶來的運行費用。

在化石燃料(煤炭、石油和天然氣)的開采過程和有機廢物的厭氧消化過程都會產生大量的甲烷，甲烷作為全球第二大溫室氣體，其全球變暖潛勢最高可為二氧化碳的72倍。利用甲烷為底物進行PHB生產，既可以降低PHB的生產成本又可以減少全球溫室氣體的排放。研究表明以含有甲烷的廢氣為底物可以使PHB的生產成本降低約30-35％[1]，而利用現有的垃圾填埋場和厭氧消化系統釋放的甲烷合成PHB，則其產量可以代替現在塑料市場的20-30％[2]。

甲烷氧化菌在好氧條件下，首先利用甲烷單加氧酶(MMO)將甲烷氧化為甲醇，然后通過一系列的酶促反應將甲醇依次氧化為甲醛、甲酸和二氧化碳，并在此過程中獲得自身生命活動所需的能量。甲烷氧化菌可分為甲烷氧化I型菌和甲烷氧化II型菌，然而只有甲烷氧化II型菌具有PHB合成能力。大量的異養菌也具有PHB合成能力，在自然界中甲烷氧化菌經常與其它異養菌共存，甲烷氧化菌通過甲烷氧化過程釋放的代謝產物為其它異養菌提供碳源，而其它異養菌通過去除有毒的代謝產物或提供必需的營養物質刺激甲烷氧化菌的生長。

在甲烷氧化菌-異養菌混合菌群中，甲烷氧化II型菌為優勢菌群時，會更利于混合菌群的PHB合成能力，而高的MMO酶活會促進甲烷向其他可被異養菌利用的有機物的轉化，進一步提高甲烷氧化菌-異養菌混合菌群的PHB合成能力，通過合適的馴化條件，可以富集出穩定的具有高PHB合成能力的甲烷氧化菌-異養菌混合菌群。

[1]Listewnik H F,Wendlandt K D,Jechorek M,et al.Process design for the microbial synthesis of poly-β-hydroxybutyrate(PHB)from natural gas[J].Engineering in Life Sciences,2007,7(3):278-282.

[2]Rostkowski K H,Criddle C S,Lepech M D.Cradle-to-gate life cycle assessment for a cradle-to-cradle cycle:biogas-to-bioplastic(and back)[J].Environmental science&technology,2012,46(18):9822-9829.

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效利用甲烷產PHB的甲烷氧化菌-異養菌混合菌群的馴化方法，在降低PHB生產成本的同時，減少溫室氣體的排放。

本發明的技術方案：

一種利用甲烷產聚-β-羥基丁酸酯的甲烷氧化菌-異養菌混合菌群的馴化方法，步驟如下：

步驟1：將富含微生物的活性污泥作為富集馴化甲烷氧化菌-異養菌混合菌群的原料；

步驟2：培養基的配制

(1)配制不含氮元素的礦物鹽NFMS培養基，其組成為：0.272g/L的KH₂PO₄,2.868g/L的Na₂HPO₄·H₂O，0.1g/L的MgSO₄·7H₂O，0.20g/L的CaCl₂·6H₂O和1mL/L的微量元素；