利用高效菌將餐廚廢油合成pha的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用高效菌將餐廚廢油合成PHA的工藝方法，具體涉及一種利 用高效菌即鉤蟲貪銅菌Cupriavidusnecator(DSM428)將餐廚廢油合成聚羥基脂肪酸醋 (Polyhydroxyalkanoates，PHA)的工藝條件優(yōu)化方法，屬于固體廢棄物資源化利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚羥基脂肪酸醋（Polyhydroxyalkanoates，PHA)是廣泛存在于微生物體內(nèi)的一 類高分子生物聚酯，在生物體內(nèi)主要作為碳源和能量的貯藏物質(zhì)。PHA具有良好的生物相 容性能、生物可降解性、紫外穩(wěn)定性、生物組織相容性和塑料的熱加工性能、光學(xué)活性、壓電 性、抗潮性、低透氣性等特殊性能，可代替以石油為原料的普通塑料，在日常生活、醫(yī)學(xué)、農(nóng) 業(yè)、工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等各個領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用研宄價值。
[0003]PHA產(chǎn)品廢棄后能夠進(jìn)行生物降解，不會對環(huán)境產(chǎn)生影響，與傳統(tǒng)化學(xué)合成塑料相 比更加有可持續(xù)發(fā)展性，已經(jīng)成為生物材料領(lǐng)域最為活躍的研宄熱點。目前PHA生產(chǎn)主要 依賴于微生物發(fā)酵，在微生物發(fā)酵合成PHA的所有發(fā)酵條件因素中，碳源是一個重要因素， 其成本占到總成本的28-50%。采用廉價碳源可大大降低PHA的生產(chǎn)成本。
[0004] 餐廚廢油包括煎炸廢油、泔水油和地溝油等源自于餐飲業(yè)的廢油脂，成分主要是 烹調(diào)用植物油和食品中動物油脂，化學(xué)組成主要為脂肪酸甘油酯。煎炸廢油是指餐館、飯 店、單位食堂等做煎炸食品后廢棄的煎炸用油。煎炸廢油屬于大分子疏水性有機(jī)物，其在 多次煎炸過程中與空氣中的氧氣接觸，發(fā)生一系列水解、氧化、聚合等復(fù)雜反應(yīng)，使得油黏 度增加，油中原本含有的一些不飽和脂肪酸含量極低，產(chǎn)生了一些具有致癌作用的脂肪酸 類聚合物及醛、酮、內(nèi)酯等刺激性氣味的物質(zhì)。泔水油主要是指從餐廚垃圾中分離回收的 廢油，這類廢油是植物油和動物油的混合物，主要來自餐廚垃圾處理廠，容易收集和集中管 理。地溝油是從餐飲單位廚房排水除油設(shè)施分離出的油脂和排水管道或檢查井清掏污物中 提煉出的油脂，由于地溝油回收、加工及提煉過程衛(wèi)生條件惡劣，導(dǎo)致地溝油中含有多種有 毒有害成分，重金屬、細(xì)菌、真菌、黃曲霉毒素等嚴(yán)重超標(biāo)，因此地溝油對人體具有很大的危 害性。餐廚廢油如果進(jìn)入環(huán)境或被不法商販加工為食用油重新回到居民餐桌，會造成極大 的環(huán)境污染，并嚴(yán)重威脅人類健康。同時餐廚廢油具有廢物與資源的二重性，含碳量高，可 作為微生物利用的碳源。利用餐廚廢油為碳源合成PHA，既可以解決餐廚廢油處理不當(dāng)帶來 的廢水、廢氣等環(huán)境污染的問題，同時可防止餐廚廢油重回餐桌，危害人類健康。另外餐廚 廢油來源廣泛、價格低廉，以其為碳源又可以降低PHA的生產(chǎn)成本，使PHA這種可降解的生 物塑料獲得更廣泛的應(yīng)用，從而減少白色污染，實現(xiàn)資源的有效再利用。因此，探索將餐廚 廢油合成PHA的工藝條件優(yōu)化方法成為當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用鉤蟲貪銅菌Cupriavidusnecator(DSM428)將餐 廚廢油合成聚羥基脂肪酸醋（P〇lyhydroxyalkanoates，PHA)的最佳工藝條件。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括：
[0007] -種利用高效菌將餐廚廢油合成PHA的工藝方法，采用高效菌即鉤蟲貪銅菌 Cupriavidusnecator，以餐廚廢油作為碳源，進(jìn)行培養(yǎng)，將餐廚廢油合成得到PHA。所述的 鉤蟲貪銅菌為Cupriavidusnecator(DSM428)，來自中國微生物菌種保藏管理委員會普通 微生物中心，編號為1.7092。
[0008] 采用鉤蟲貪銅菌將餐廚廢油合成PHA包括以下操作步驟：首先將鉤蟲貪銅菌菌種 在種子培養(yǎng)基中進(jìn)行活化，然后接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，加入餐廚廢油作為碳源進(jìn)行培養(yǎng)，合 成PHA。
[0009] 鉤蟲貪銅菌菌種的活化與培養(yǎng)，包括如下步驟：將鉤蟲貪銅菌接入種子培養(yǎng)基中， 在28~32°C，搖床轉(zhuǎn)速150~170r/min條件下培養(yǎng)40~56h，進(jìn)行活化；將活化后的菌液 以0.8-1. 2% (v%)的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，加入餐廚廢油，進(jìn)行培養(yǎng)。
[0010] 所述的種子培養(yǎng)基，包含：10g/L蛋白胨，5g/L牛肉膏和5g/L氯化鈉，pH為7. 0。
[0011] 所述的發(fā)酵培養(yǎng)基，包含：lg(NH4)2S04，lgKH2P04，11.lgNa2HP04 ? 12H20,0. 2g MgS04,lmL微量元素溶液和1L蒸餾水，lmL微量元素溶液中包含：9. 7mgFeCl3,7. 8mgCaCl2， 0.156mgCuS04.5H20,0.119mgCoCl2,0.118mgNiCldP0.062mgCrCl2dg合后調(diào)pH值至 7. 0,滅菌（121°C，25min)。
[0012]微量元素溶液的配制方法：將9. 7gFeCl3,7. 8gCaCl2,0. 156gCuS04 *51120,0. 119g C〇C12,0. 118gNiCljP0? 062gCrCl2 溶于 1Llmol/L的HC1 溶液中。
[0013] 以餐廚廢油為碳源，滅菌（121°C，25min)后，加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中；餐廚廢油添加 量為 18-22g/L。
[0014] 所述的餐廚廢油包括煎炸廢油和地溝油等。
[0015] 利用鉤蟲貪銅菌Cupriavidusnecator(DSM428)將煎炸廢油合成PHA的四個反應(yīng) 因素的影響水平排序為：溫度〉pH>碳氮源質(zhì)量比〉培養(yǎng)時間。利用鉤蟲貪銅菌Cupriavidus necator(DSM428)將煎炸廢油合成PHA的優(yōu)化培養(yǎng)條件如下：培養(yǎng)溫度為20~30°C，pH為 7~8,碳氮源質(zhì)量比C/N(w/w)為20:0. 75~20:1，培養(yǎng)時間為48~96h。最佳培養(yǎng)溫度 為25°C，最佳pH為7,最佳碳氮源質(zhì)量比C/N(w/w)為20:0. 75,最佳培養(yǎng)時間為72h。利用 煎炸廢油為碳源合成PHA時，PHA最大產(chǎn)量范圍為5-7g/L。
[0016] 利用鉤蟲貪銅菌Cupriavidusnecator(DSM428)將地溝油合成PHA的四個 反應(yīng)因素的影響水平排序為：pH>溫度>培養(yǎng)時間>碳氮源質(zhì)量比。利用鉤蟲貪銅菌 Cupriavidusnecator(DSM428)將地溝油合成PHA的優(yōu)化培養(yǎng)條件如下：pH為8~9,溫度 為25~35°C，培養(yǎng)時間為60~108h，碳氮源質(zhì)量比C/N(w/w)為20:1~20:2。最佳pH為 8, 最佳溫度為30°C，最佳培養(yǎng)時間為84h，最佳碳氮源質(zhì)量比C/N(w/w)為20:1. 5。利用地 溝油為碳源合成PHA時，PHA最大產(chǎn)量范圍為7-9g/L。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點：
[0018] 本發(fā)明提供了一種餐廚廢油資源化利用途徑，既可以解決餐廚廢油處理不當(dāng)帶來 的廢水、廢氣等環(huán)境污染的問題，另外餐廚廢油來源廣泛、價格低廉，以其為碳源又可以降 低PHA的生產(chǎn)成本。
[0019] 本發(fā)明提供了利用餐廚廢油合成聚羥基脂肪酸酯（PHA)的最佳工藝條件，該工藝 條件操作簡單，方便控制，在最佳條件下，PHA合成量與產(chǎn)量較高，在工業(yè)化生產(chǎn)方面更有廣 闊的發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0020] 圖1是PHA氣相色譜圖。
[0021] 圖2是溫度對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（煎炸廢油培養(yǎng)基）。
[0022] 圖3是pH對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（煎炸廢油培養(yǎng)基）。
[0023] 圖4是C/N(w/w)對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（煎炸廢油培養(yǎng)基）。
[0024] 圖5是時間對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（煎炸廢油培養(yǎng)基）。
[0025] 圖6是pH對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（地溝油培養(yǎng)基）。
[0026] 圖7是溫度對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（地溝油培養(yǎng)基）。
[0027] 圖8是時間對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（地溝油培養(yǎng)基）。
[0028] 圖9是C/N(w/w)對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（地溝油培養(yǎng)基）。
[0029] 圖10是接種量對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（煎炸廢油培養(yǎng)基）。
[0030] 圖11是接種量對細(xì)胞干重、PHA產(chǎn)量及PHA含量的影響（地溝油培養(yǎng)基）。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明利用一種高效菌將餐廚廢油合成聚羥基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoates，PHA)的工藝條件優(yōu)化，采用的