粗甘油合成聚羟基脂肪酸酯PHA的工艺和生物学研究

发布时间：2020-08-13 00:10

【摘要】：随着全球经济的快速发展,以化石燃料为代表的不可再生能源消耗愈发严重。因而,各国对可再生资源的关注日益提升。聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种无毒无害且可再生的环境友好型资源。粗甘油是生物柴油副产物,可用于PHA生产,未经处理的粗甘油具有pH值高、含盐量高等特点,对大多数微生物的生长有抑制作用。本研究以粗甘油为底物富集PHA合成菌并合成PHA,研究富集过程中微生物群落结构演替规律、逐渐提升粗甘油比例和逐渐降低粗甘油比例过程中微生物群落结构组成及PHA合成能力。本研究首先以50%粗甘油和50%丙酸钠为碳源富集PHA合成菌,研究了富集过程中主要运行参数、PHA合成指标参数以及富集过程中微生物群落的变化,结果表明接种污泥进入反应器之后富集60天反应器得以稳定运行,富集期间污泥浓度、污泥沉降比呈现短暂上升而后下降最后保持稳定的趋势。富集期间,对PHA合成菌的分析可知,Roseibacillus与Meganema能够以一种“接力”的形式先后在反应器内占据优势地位,Meganema菌在Roseibacillus降到最低时达到最大值,由此推测这两种微生物为竞争关系。另外在富集稳定之后,体系内Meganema、Thauera、Paracoccus这三种微生物可以共存,且体系表现出来的产PHA能力达到最大,可知这三种微生物为PHA的合成贡献很大。同时本实验考察了在50%粗甘油稳定运行条件下逐渐提升粗甘油比例对产PHA菌富集效果的影响,比例设置为50%、70%和100%,结果表明逐渐提高粗甘油比例不会降低粗甘油的利用速率,反而加快了污泥feast阶段氨氮消耗速率。随着粗甘油比例的逐渐提升,属水平下top10物种组成种类分别为6种、6种、7种,反应器内物种多样性升高,但PHA合成能力降低。此外,本实验以100%粗甘油稳定运行条件下逐渐降低粗甘油比例到70%和50%,结果表明随粗甘油比例的逐渐降低,微生物对粗甘油的消耗速率和活性污泥feast阶段对于氨氮的消耗速率均有所加快,物种多样性和PHA合成能力降低。另外,Saccharibacteria_genera_incertae_sedis的相对丰度增加且在三种粗甘油比例下均为绝对优势种属,说明这种微生物对甘油的竞争能力更强。粗甘油含量降低时,微生物将更多的底物转化为自身生长所需,对PHA合成影响不大。综上,50%和100%粗甘油富集反应器相比,100%粗甘油比例改变时所表现出的PHA合成量较高、稳定性较强。碳源组成的变化未对PHA成分结构产生很大的影响,HB所占比例大于HV。以粗甘油为底物的PHA合成菌富集工艺,可降低PHA合成本,缓解粗甘油过剩现状,也为新型PHA塑料的实际应用提供了理论支持。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

粗甘油,生物柴油,副产物,利用方向

哈尔滨工业大学硕士学位论文增加到 2015 年的 2910 万吨（Energy Information Ad m粗甘油的大量积累使其供需平衡被打破，同时粗甘油（含也降至 44 美元/吨[11]。为了解决经济效益和废物处理的两高附加值产品是一个双赢的选择，因此对粗甘油的开发利制得到的纯甘油可以用于化工、食品等行业，未处理的粗料电池等。图 1-1 展示了生物柴油副产物粗甘油在实际生

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哈尔滨工业大学硕士学位论文HA 的研究现状分析油合成 PHA 的研究现状周围环境中摄取甘油并将其代谢成微生物生细菌中，当存在丰富的碳源（例如：甘油氮、磷酸盐、氧）被耗尽时，甘油通常被转转化酶的作用下，甘油被转化为转化为甘油的中间体，并最终代谢为丙酮酸，在丙酮助丙酮酸转化为乙酰 CoA。随后微生物利用 CoA 进入乙酰乙酰 CoA，随后通过 PhaB（基丁酰 CoA，PHA 生物合成的最后一步依酰基 CoA 部分聚合成 P（3HB）[45]。

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帮助丙酮酸转化为乙酰 CoA。随后微生物利用 Ph酰 CoA 进入乙酰乙酰 CoA，随后通过 PhaB（乙酰3 羟基丁酰 CoA，PHA 生物合成的最后一步依赖于丁酰基 CoA 部分聚合成 P（3HB）[45]。图 1-2 甘油产 PHA 路径图[46]

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