阅读说明：本技术 一种由小分子醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法 (Preparation method for preparing polyhydroxyalkanoate from small molecular alcohol ) 是由 胡超权 邵明远 许雪冰 朱庆山 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种由小分子醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法,所述的制备方法包括：小分子醇催化重整后得到的混合气作为聚羟基脂肪酸酯生产菌化能自养发酵的碳源和能源。本发明提供的生产工艺使用价格低廉的小分子醇作为发酵过程所需的碳源和能源,而没有使用传统的生物质,例如：纤维素,蔗糖,葡萄糖,废糖蜜等作为发酵过程的碳源和能源。因此本工艺具有更加好的经济效益,相对于传统工艺,产品价格可以降低50％以上,而且没有生物质未反应残渣,更加绿色环保,原料来源广泛且稳定具有工业化扩大生产的前景。(The invention provides a preparation method for preparing polyhydroxyalkanoate by using small molecular alcohol, which comprises the following steps: the mixed gas obtained after the catalytic reforming of the small molecular alcohol is used as a carbon source and an energy source for the chemoautotrophic fermentation of the polyhydroxyalkanoate production bacteria. The production process provided by the invention uses low-cost micromolecule alcohol as a carbon source and an energy source required by the fermentation process, and does not use traditional biomass, such as: cellulose, sucrose, glucose, molasses and the like are used as carbon sources and energy sources in the fermentation process. Therefore, the process has better economic benefit, the product price can be reduced by more than 50% compared with the traditional process, no biomass unreacted residue exists, the process is more green and environment-friendly, the raw material source is wide and stable, and the process has the prospect of industrial expanded production.)

一种由小分子醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法

技术领域

本发明属于聚羟基脂肪酸酯生产技术领域，涉及一种聚羟基脂肪酸酯的制备方法，尤其涉及一种由小分子醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法。

背景技术

聚羟基脂肪酸酯是一类由微生物合成的生物降解性热塑性聚酯的总称。在碳源过量和某种营养物质缺乏(如限氮，限磷)的条件下，许多微生物的正常代谢途径就会被破坏，而在其细胞质内积累某种结构的PHA，作为碳和能量的储存物质。当环境中能源缺乏时，微生物可将这些PHA储存物再分解代谢掉，以提供生命活动所需要的能量。因此PHA具有完全的生物降解性及生物相容性。由于PHA可以通过多种微生物以多种物质为碳源发酵得到，其优点是碳源廉价，所得聚合物分子量可高达105以上，PHA在自然生态环境中可完全降解为水和二氧化碳，环境污染小，故引起人们广泛的研究兴趣。

CN101892271A公开了一种发酵法生产聚羟基脂肪酸酯。其主要技术特征为：含有PHA生产菌的菌体悬液经过种子培养获得到活化后的菌体，后者作为种子用于大规模培养，以获得高密度菌体。然后通过代谢调控发酵，将淀粉转化为PHA在菌体细胞内大量累积。发酵过程完成后，通过抽滤分离出菌体，得到的菌体首先通过机械破壁，然后经离心分离去除细胞碎片，含有PHA的上清液加入有机溶剂萃取，加入甲醇，沉淀出的PHA再经过精制，得到PHA产品。

CN100448911C公开了一种提取微生物胞内聚羟基脂肪酸酯的方法，该方法包括以下步骤：1)发酵产聚羟基脂肪酸酯的微生物菌株后，收集发酵液中的菌体细胞；2)向步骤1)收集的湿菌体或将其干燥后制成的菌体粉末中加入与聚羟基脂肪酸酯单体结构相似的酯类有机溶剂，混匀，在80-120℃下加热1-4小时提取聚羟基脂肪酸酯；3)分离除去菌体残渣，保留有机相；4)用与步骤2)所用的酯类提取溶剂互溶的有机溶剂将聚羟基脂肪酸酯从步骤3)获得的有机相中沉淀出来；5)分离、洗涤沉淀；6)将沉淀干燥后，得到聚羟基脂肪酸酯。

CN103571894A公开了一种以纤维素为碳源发酵制备中长链聚羟基脂肪酸酯(PHAMCL)的方法，其主要技术特征为：构建了一株包含聚羟基脂肪酸酯合成酶基因phaC1的大肠杆菌重组工程菌，在含有纤维素的培养基中发酵，得到中长链聚羟基脂肪酸酯。本发明进一步涉及一种生物燃料中长链羟基脂肪酸甲酯(3HAME)的制备方法，由中长链聚羟基脂肪酸酯在水解酶催化下醇解获得。

在传统工艺中，聚羟基脂肪酸酯的发酵过程所需碳源的主要来源是生物质，例如纤维素，蔗糖，葡萄糖，废糖蜜等。在发酵过程中会产生生物质未反应残渣，且生物质价格昂贵，从而导致聚羟基脂肪酸酯的生产成本提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种由小分子醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，本发明提供的生产工艺使用价格低廉的小分子醇作为发酵过程所需的碳源和能源，而没有使用传统的生物质，例如：纤维素，蔗糖，葡萄糖，废糖蜜等作为发酵过程的碳源和能源。因此本工艺具有更加好的经济效益，相对于传统工艺，产品价格可以降低50％以上，而且没有生物质未反应残渣，更加绿色环保，原料来源广泛且稳定具有工业化扩大生产的前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种由小分子醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，所述的制备方法包括：

小分子醇催化重整后得到的混合气作为聚羟基脂肪酸酯生产菌化能自养发酵的碳源和能源。

本发明提供的生产工艺使用价格低廉的小分子醇作为发酵过程所需的碳源和能源，而没有使用传统的生物质，例如：纤维素，蔗糖，葡萄糖，废糖蜜等作为发酵过程的碳源和能源。因此本工艺具有更加好的经济效益，相对于传统工艺，产品价格可以降低50％以上，而且没有生物质未反应残渣，更加绿色环保，原料来源广泛且稳定具有工业化扩大生产的前景。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的制备方法具体包括：

(Ⅰ)小分子醇经催化重整后得到含二氧化碳和氢气的混合气；

(Ⅱ)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌；

(Ⅲ)步骤(Ⅰ)得到的混合气通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，所述的催化重整反应过程包括：

小分子醇与水混合气化后由载气送入反应装置，通过小分子醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气。

优选地，所述的小分子醇包括甲醇和/或乙醇。

优选地，所述的反应装置为固定床反应器或流化床反应器；

优选地，所述的反应装置中催化剂的装载量为0.2～1g，例如可以是0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g、0.9g或1.0g，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的催化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂。

优选地，所述的催化剂为氧化铝负载铜催化剂。

优选地，所述的催化剂为水滑石结构催化剂。

小分子醇重整制备二氧化碳和氢气的过程中，催化剂的选择十分重要，本工艺选择铜基催化剂，通过制备铜锌铝水滑石结构的催化剂，可以有效将小分子醇的重整反应温度控制在低温常压环境下进行。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的重整催化反应的反应气速为50～200mL/min，例如可以是50mL/min、60mL/min、70mL/min、80mL/min、90mL/min、100mL/min、110mL/min、120mL/min、130mL/min、140mL/min、150mL/min、160mL/min、170mL/min、180mL/min、190mL/min或200mL/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的重整催化反应的反应温度为0～300℃，例如可以是10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的催化重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅱ)中，所述的聚羟基脂肪酸酯生产菌包括贪铜菌、蜡样芽孢杆菌、伯克霍尔德氏菌、重组溶葡球菌酶或真养产碱杆菌中的一种或至少两种的组合。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅲ)中，所述的化能自养发酵过程具体包括：

向步骤(Ⅰ)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵。

在本发明中，聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵过程需要在有氧环境下进行，按照一定的比例配二氧化碳、氢气和氧气的混合气作为碳源与能量供给给细菌发酵，产生聚羟基脂肪酸酯。在高压发酵装置中的反应，是经过过程强化后的反应，可以有效解决以往方法效率低的问题，有利于工业大规模生产。

优选地，所述的混合气中含二氧化碳和氢气，按照二氧化碳、氢气和氧气的体积比为(10-80)：(5-20)：(1-5)的比例向混合气中掺入氧气。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的化能自养发酵的发酵压力为0.1～5MPa；例如可以是0.1MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa或5MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的化能自养发酵的发酵温度为20～30℃，例如可以是20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的制备方法具体包括如下步骤：

(1)小分子醇与水混合气化后由载气送入反应装置，反应装置中催化剂的装载量为0.2～1g，通过小分子醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气；化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂，反应气速为50～200mL/min，反应温度为0～300℃；重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气；

(2)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌；

(3)向步骤(Ⅰ)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯，二氧化碳、氢气和氧气的体积比为(10-80)：(5-20)：(1-5)，发酵压力为0.1～5MPa，发酵温度为20～30℃。

但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的生产工艺使用价格低廉的小分子醇作为发酵过程所需的碳源和能源，而没有使用传统的生物质，例如：纤维素，蔗糖，葡萄糖，废糖蜜等作为发酵过程的碳源和能源。因此本工艺具有更加好的经济效益，相对于传统工艺，产品价格可以降低50％以上，而且没有生物质未反应残渣，更加绿色环保，原料来源广泛且稳定具有工业化扩大生产的前景。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的反应压力与聚羟基脂肪酸酯产率之间的关系图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供了一种由甲醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：

(1)甲醇与水混合气化后由载气送入固定床反应器，固定床反应器装填水滑石结构的氧化铝负载铜催化剂，催化剂的装载量为0.6g，通过甲醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气；化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂，控制反应气速为80mL/min，反应温度为200℃，重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气；

(2)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌(贪铜菌)；

(3)向步骤(1)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯，二氧化碳、氢气和氧气的体积比为72：15：3，发酵温度为25℃，发酵时间10h，改变发酵压力(如图1横坐标所示)，计算聚羟基脂肪酸酯的产率，反应压力与聚羟基脂肪酸酯产率之间的关系见如图1所示。

实施例2

本实施例提供了一种由甲醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：

(1)甲醇与水混合气化后由载气送入固定床反应器，固定床反应器装填水滑石结构的氧化铝负载铜催化剂，催化剂的装载量为0.2g，通过甲醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气；化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂，控制反应气速为50mL/min，反应温度为50℃，重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气；

(2)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌(蜡样芽孢杆菌)；

(3)向步骤(1)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯，二氧化碳、氢气和氧气的体积比为75：20：5，控制发酵压力为5MPa，发酵温度为25℃，发酵时间10h，计算聚羟基脂肪酸酯的产率为57％。

实施例3

本实施例提供了一种由甲醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：

(1)甲醇与水混合气化后由载气送入固定床反应器，固定床反应器装填水滑石结构的氧化铝负载铜催化剂，催化剂的装载量为0.4g，通过甲醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气；化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂，控制反应气速为100mL/min，反应温度为100℃，重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气；

(2)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌(伯克霍尔德氏菌)；

(3)向步骤(1)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯，二氧化碳、氢气和氧气的体积比为80：15：5，控制发酵压力为4MPa，控制发酵温度为23℃，发酵时间10h，计算聚羟基脂肪酸酯的产率为80％。

实施例4

本实施例提供了一种由甲醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：

(1)乙醇与水混合气化后由载气送入固定床反应器，固定床反应器装填水滑石结构的氧化铝负载铜催化剂，催化剂的装载量为0.8g，通过甲醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气；化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂，控制反应气速为150mL/min，反应温度为250℃，重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气；

(2)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌(重组溶葡球菌酶)；

(3)向步骤(1)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯，二氧化碳、氢气和氧气的体积比为10：5：1，控制发酵压力为2MPa，控制发酵温度为27℃，发酵时间10h，计算聚羟基脂肪酸酯的产率为68％。

实施例5

本实施例提供了一种由甲醇制备聚羟基脂肪酸酯的制备方法，所述的制备方法具体包括如下步骤：

(1)乙醇与水混合气化后由载气送入固定床反应器，固定床反应器装填水滑石结构的氧化铝负载铜催化剂，催化剂的装载量为1g，通过甲醇与水的重整催化反应生成含二氧化碳和氢气的混合气；化重整反应采用的催化剂为铜基催化剂，控制反应气速为200mL/min，反应温度为300℃，重整反应结束后，对混合气进行干燥去除其中的水蒸气；

(2)向高压发酵装置内储存的培养液中接种聚羟基脂肪酸酯生产菌(真养产碱杆菌)；

(3)向步骤(1)得到的混合气中掺入氧气后通入高压发酵装置，作为碳源和能源参与聚羟基脂肪酸酯生产菌的化能自养发酵，发酵生成聚羟基脂肪酸酯，二氧化碳、氢气和氧气的体积比为77：18：5，控制发酵压力为0.1MPa，控制发酵温度为30℃，发酵时间10h，计算聚羟基脂肪酸酯的产率为73％。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。