碳源流加策略提高混合微生物體系對(duì)聚乙烯醇的降解能力.pdf

1、聚乙烯醇(PVA)是一種可降解的化工高分子化合物,但是自然界對(duì)它的降解效率較低,在工業(yè)上它是由聚乙酸乙烯酯進(jìn)行醇解反應(yīng)得到的。它的主鏈僅由碳原子構(gòu)成,羥基是其官能團(tuán)。由于它的特殊結(jié)構(gòu),PVA具有許多優(yōu)良的性能,例如較好的熱穩(wěn)定性、較好的粘性和較強(qiáng)的抗溶劑性等。目前PVA在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。然而廢棄的PVA在自然環(huán)境中導(dǎo)致了嚴(yán)重的污染。為了消除PVA的污染,有必要提高PVA降解酶(PVADE)的產(chǎn)量和PVA的降解效率。
　　

2、 本論文的研究主要集中在以下三個(gè)方面:混合微生物體系對(duì)PVA的降解;通過(guò)發(fā)酵優(yōu)化提高PVA降解酶的產(chǎn)量;通過(guò)1,4-丁二醇提高PVA的降解效率,具體研究結(jié)果如下。
　　 (1)通過(guò)凝膠過(guò)濾色譜法(GPC)、碘量法和紅外光譜分析確證了混合微生物體系對(duì)PVA的降解能力。同其它PVA降解微生物相比,此混合微生物體系具有較高的PVA降解速率,并且發(fā)現(xiàn)它能夠完全降解PVA。通過(guò)檢測(cè)發(fā)酵產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)和PVA類似,但它的羥基含量較少,并

3、且其中含有C-O-C化學(xué)鍵。此混合微生物體系中存在Pseudomonas sp.和Bacillus sp.。在PVA降解過(guò)程中,微生物的相對(duì)豐度發(fā)生了顯著變化,這反映了菌群結(jié)構(gòu)的顯著變化。在發(fā)酵上清液中未檢測(cè)到PVA氧化酶,但是檢測(cè)到了PVA降解酶的總酶活和PVA脫氫酶。
　　 (2)發(fā)現(xiàn)1,4-丁二醇能夠提高PVA降解酶的產(chǎn)量。用1,4-丁二醇作碳源使PVA降解酶的最高酶活達(dá)到了3.43 U/ml,是對(duì)照(0.75 U/ml)

4、的4.6倍。具體分析發(fā)現(xiàn),菌體的二次生長(zhǎng)和PVA降解速率的增加同時(shí)發(fā)生。基于這種現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了兩階段發(fā)酵策略,即在特定的時(shí)間添加額外的碳源(此處可將策略寫具體些)。通過(guò)采用這種發(fā)酵策略,取得了較高的生產(chǎn)強(qiáng)度(60.8 U/L/h)。進(jìn)一步通過(guò)添加PVA來(lái)提高PVA降解酶的產(chǎn)量,將兩階段發(fā)酵延長(zhǎng)為三階段發(fā)酵。同兩階段發(fā)酵相比,酶對(duì)細(xì)胞的產(chǎn)率系數(shù)合成量得到了顯著提高,其最大增加量達(dá)到了418 U/g。
　　 (3)通過(guò)優(yōu)化1,4-丁二

5、醇的添加策略提高了細(xì)胞的活力,最終提高了PVA的降解效率。具體分析,通過(guò)將1,4-丁二醇的添加時(shí)間調(diào)整到21 h,使PVA的平均降解速率提高到了0.150 g/L/h。研究發(fā)現(xiàn)高濃度的1,4-丁二醇(高于15 g/L)和PVA(高于30 g/L)對(duì)細(xì)胞具有毒性(兩者的作用可能不一樣,1,4-丁二醇是毒性,高濃度PVA是抑制作用吧)?；谝陨辖Y(jié)果,采用連續(xù)補(bǔ)料發(fā)酵將1,4-丁二醇的濃度控制在了5.0 g/L之下。結(jié)果表明,細(xì)胞對(duì)PVA的降