[发明专利]一种酵母和细菌菌群利用活性污泥合成聚-β-羟丁酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效的聚-β-羟丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB)合成方法，具体包括利用厌氧/好氧交替的序批式生物反应器(SBR)，酵母与细菌混合菌群，通过调节营养比例驯化酵母与细菌的混合菌群，最终使这一菌群能够高效地合成PHB。

背景技术

聚β-羟基丁酸酯是微生物合成的羟基脂肪酸线性聚合物，与石油化学合成塑料相似又可生物降解，被誉为“二十一世纪绿色塑料”。PHB具有生物相容、无毒、手性单体等特性，使其在合成血管、心脏支架、缝合线、药物缓释剂和生物燃料等领域都有不可替代的应用潜力和开发价值。廉价大规模生产PHB是缓解“能源危机”和消除“白色污染”的重要举措。

现阶段PHB的合成与发酵过程多数是采用单菌纯培养发酵的方式获得，生产原料为葡萄糖、蔗糖、丙酸等价格昂贵的精致碳源，其生产价格是石化合成塑料价格的10倍左右，高昂的生产价格导致其难以规模化生产来代替传统的石化塑料。利用混合菌群法以活性污泥为底物合成PHB可以实现不灭菌的开放式培养，很大程度上降低生产成本，又能将工农业废弃物转化为重要的化工原料，不仅变废为宝地解决环境污染问题，还很大程度上缓解石化能源的危机。

至今，细菌菌群、嗜盐古菌、嗜盐细菌等微生物在开放条件下积累PHB报道很多，但未见利用酵母和细菌混合菌群合成PHB的报道。酵母细胞的体积是细菌的10倍，本身是个“化工厂”，其较大的细胞体积对胞内PHB提取精制提供便利条件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法合成PHB成本高，以及需要进行灭菌等操作，造成操作复杂的问题，而提供了一种酵母和细菌菌群利用活性污泥合成聚-β-羟丁酸的方法。

本发明的一种酵母和细菌菌群利用活性污泥合成聚-β-羟丁酸的方法，它是按照以下步骤进行的：

将活性污泥接种到序批式反应器中，活性污泥与序批式反应器的体积比为(0.07～0.2):1，采用人工配水，通过逐步提高COD和限制氮和磷浓度的方式，并按照厌氧/好氧交替运行的驯化模式，经过驯化后，即得到聚-β-羟丁酸；

其中，所述的人工配水组分为：每1L人工配水中含有506-3108mg/L的NaAC、115-150mg/L的NH₄Cl、65.28-1mg/L的KH₂PO₄、36-40mg/L的KCl、14.8-16.8mg/L的CaCl₂、91.02-101.02mg/L的MgSO₄·7H₂O、5g的酵母膏和1mL的微量元素液；微量元素液组分为：每1L微量元素液中含有10000mg的EDTA、120mg的ZnSO₄·7H₂O、60mg的Na₂MoO₄·2H₂O、120mg的MnCl₂·4H₂O、120mg的KI、30mg的CuSO₄·5H₂O、150mg的H₃BO₃和1500mg的FeCl₃·6H₂O；

所述的通过逐步提高COD和限制氮源和磷浓度的方式，按照厌氧/好氧交替运行的驯化模式，进行驯化具体操作步骤为：

一、污泥活性恢复阶段：初始COD浓度为300mg/L、营养物质摩尔比例为COD：N：P＝100：5：1的条件下，在厌氧/好氧序批式反应器中进行驯化120～140周期；

二、富集驯化阶段：先将步骤一驯化后的发酵液COD浓度调整至600mg/L、营养摩尔比例调整为COD：N：P＝600：15：6，驯化60～70周期；再将COD浓度调整至1200mg/L，营养摩尔比例调整为COD：N：P＝1200：15：6，继续驯化60～70周期，即获得聚-β-羟丁酸；

所述的序批式反应器的厌氧/好氧交替运行周期为360min，每一周期包括以下程序：7min的进水、110min的厌氧培养、180min的好氧培养、25min的沉淀、3min的排水和25min的闲置。

本发明包含以下有益效果：