[發明專利]一種提取并純化聚羥基脂肪酸酯的方法

有效

• 申請號: 202010012479.6
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111019108B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 陳國強;張李湛;葉健文;吳赴清;司徒衛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08G63/90
• 分類號: C08G63/90;C08G63/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳小明

聚羥基脂肪酸酯(PHA)的現有提取純化方法包括有機溶劑或者表面活性劑加水解酶等，過程復雜昂貴。本發明通過對富含PHA的細菌發酵液進行熱水或100℃以上過熱水處理，完成對細菌細胞的破壁和提純，并且還可以結合表面活性劑、蛋白酶和/或漂白劑處理等，進一步提高PHA的純度。本發明成本低廉，操作簡單，產品回收率高，而且克服了傳統PHA提取步驟繁雜、添加化學物質成本高昂、下游污水難以處理等問題。

技術領域

本發明屬于生物工程下游后處理領域，特別是聚羥基脂肪酸酯(PHA)的生產與下游提取與純化工藝。

背景技術

聚羥基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是一種可以由多種細菌積累的可降解聚酯，根據其單體組成，可分為短鏈/或中長鏈PHA，也有均聚物和共聚物。PHA是一種環境友好型材料，有著廣泛的應用前景，可以作為傳統石油基塑料的環保替代品。其中，聚-3-羥基丁酸(poly-3-hydroxybutyrate,PHB)是目前PHA家族成員中研究的最為清楚的，但它的應用卻受到自身結晶度高、彈性低、柔韌度差等的限制。目前工業上經常使用生物發酵的方法^7,8，來獲得富含PHA的細菌，然后進行復雜的提純工作^3,4,6。

PHA生產是以羅氏真氧桿菌(Ralstonia eutropha)、基因改造的大腸桿菌(E.coli)和嗜鹽菌等來進行的。雖然發酵液中菌體富含PHA，但是PHA的提取和純化除雜工藝很復雜，有些還用到有機溶劑，造成PHA成本昂貴。PHA的性能和其純度有著非常大的關系。不同的用途對純度的要求也各不相同。其中，醫療等領域對純度要求非常高。但是，PHA作為細菌內含物，胞內成分相當復雜，提取純化難度很大。

已有的提取工藝包括有機溶劑抽提法、機械破碎法、表面活性劑法和多種酶結合的方法等。但都有其局限性：有機溶劑抽提法溶劑回收困難，成本高昂，且操作環境危險，不適合大規模生產；機械破碎法主要包括超聲波破壁或者高壓勻漿破壁，能耗大，產品損失也很大，純度低；表面活性劑法的缺點是表面活性劑對PHA分子量破壞嚴重，且含有表面活性劑的廢水處理難度大，加上表面活性劑的殘留等^2-5。

CN1070534C公開了一種從細菌菌體內分離提取PHA的方法，包括如下步驟：1)用含有表面活性劑的堿性溶液處理菌體；2)固液分離，分離出去大部分非PHA成分；3)用堿性蛋白酶處理PHA；4)分離提取PHA顆粒；5)干燥得到PHA產品。該方法反應條件溫和，但是耗堿量大，表面活性劑添加量大，額外地增加了成本和污水處理成本，在工業化放大過程中有著明顯的。

CN1211489C公開了一種從細菌菌體內分離提取PHA的方法，包括用有機溶劑五和/或四碳醇中的一種或幾種破壞細胞壁并提取PHA。

CN109575264A涉及一種以有機溶劑戊內酯為溶劑提取PHA的方法。

CN109504715A公開了一種制備PHA的方法，包括加入陰離子表面活性劑(SDS)進行菌體細胞壁破壁裂解的步驟。

現有的所有上述方法都涉及有機溶劑和/或表面活性劑的使用，具有提取步驟繁雜、添加化學物質成本高昂、下游污水難以處理等問題。

因此，開發一種簡單有效的PHA下游提取純化工藝對降低PHA生產成本至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備聚羥基脂肪酸酯(PHA)的方法，該方法是從PHA生產菌發酵液中高效低成本的提取PHA的工藝方法，該方法工藝溫和，成本低廉，對設備要求低，可實現大規模工業化生產。

本發明人出人意料地發現，通過單獨用熱水、特別是過熱水處理生產聚羥基脂肪酸酯(PHA)的微生物菌體，可以獲得菌體破壁裂解液，而避免了有機溶劑和/或表面活性劑的使用，從而克服了傳統PHA提取步驟繁雜、添加化學物質成本高昂、下游污水難以處理等問題。