从生物质中回收PHAS的方法与流程

本公开涉及可生物降解的聚合物组合物。更具体地，本公开涉及一种用于从微生物细胞的生物质回收聚羟基链烷酸酯(polyhydroxyalkanoates)的方法。

背景技术：

1、由于与传统石油基聚合物相关的环境问题，人们对生物来源的和/或可生物降解的替代聚合物愈发感兴趣。一类既是生物来源又可生物降解的聚合物是聚羟基链烷酸酯。聚羟基链烷酸酯通常通过在生物反应器中发酵细菌的生物质或其他微生物的生物质来生产。聚羟基链烷酸酯由微生物细胞合成并在微生物细胞中积聚。为了回收聚羟基链烷酸酯以供使用，必须裂解微生物细胞，然后必须从裂解的细胞材料中提取聚羟基链烷酸酯。

2、通常，有机溶剂已被用于这种聚羟基链烷酸酯提取工艺。虽然此类溶剂成功地实现了聚羟基链烷酸酯产物的分离，但是这种溶剂带来了其他困难。例如，有机溶剂本身可能会引起健康、安全或环境问题。因此，有机溶剂可能需要特殊的回收和处理方法。它们还可能导致产品污染。

3、因此，需要提供一种从生物质中提取聚羟基链烷酸酯的替代方法，该方法避免使用有害的有机溶剂，因此更环保且不需要特殊的处理安排。

技术实现思路

1、在第一方面，本公开提供了一种用于从含有胞内聚羟基链烷酸酯的微生物细胞的生物质中回收聚羟基链烷酸酯的方法。根据一个实施方案，该方法包括通过以下方式对生物质的微生物细胞进行酶处理的步骤：(a)通过向生物质添加核酸内切酶从微生物细胞中切割多核苷酸链；(b)通过向生物质添加裂解剂来裂解生物质中的微生物细胞，从而破坏微生物细胞的细胞壁并从微生物细胞中释放胞内聚羟基链烷酸酯；和(c)通过向生物质添加肽酶来降解微生物细胞的蛋白质。此后，将聚羟基链烷酸酯与微生物细胞的细胞碎片分离。重要的是，根据本公开，该方法在切割、裂解和降解步骤中未使用有机溶剂。

2、根据某些实施方案，核酸内切酶优选为脱氧核糖核酸酶。在某些其他实施方案中，核酸内切酶优选为核糖核酸酶。

3、在一些实施方案中，裂解剂优选包括选自由溶菌酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶及其混合物组成的组中的试剂。更优选地，裂解剂包含溶菌酶。基于生物质的体积，裂解剂优选以约0.01mg/l至约8g/l、优选约0.01mg/l至约2g/l的量存在。此外，在某些实施方案中，优选地，裂解剂还包括非离子表面活性剂和洗涤剂。

4、在一些情况下，裂解步骤优选在约20℃至约70℃的温度下进行约20分钟至约24小时。

5、在某些实施方案中，肽酶优选包括选自由丝氨酸蛋白酶、中性金属蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶及其混合物组成的组中的蛋白酶。另外，根据某些实施方案，蛋白质降解步骤优选在约30℃至约65℃的温度下进行约20分钟至约24小时。

6、在某些实施方案中，微生物细胞优选为细菌细胞。更优选地，微生物细胞包含至少一种选自由罗尔斯通菌属(ralstonia)、芽孢杆菌属(bacillus)、埃希氏菌属(escherchia)、贪铜菌属(cupriavidus)、产碱菌属(alcaligenes)、沃特氏菌属(wausteria)、气单胞菌属(aeromonas)和假单胞菌属(pseudomonas)组成的组中的细菌种类。特别优选的种类为大肠埃希氏菌(e.coli)。

7、在一些情况下，该方法还包括在酶处理之前灭活生物质中的微生物细胞的附加步骤。这种灭活可以通过多种方式进行。例如，在一个实施方案中，可以通过将细胞暴露于电磁辐射来灭活细胞。或者，在另一个实施方案中，可以通过将细胞暴露于足以将生物质加热至至少50℃的温度的红外辐射能量至少2分钟来灭活细胞。

8、在第三个实施方案中，可以通过将蒸汽注入生物质来灭活细胞。在又一个实施方案中，可以通过以下任一方式使细胞失活：(a)向生物质添加一种或多种酸，其含量足以使生物质ph小于约6.0；或(b)向生物质添加一种或多种碱，其含量足以使生物质ph大于约8.0；或(c)生物质的高压(剪切)均质化。

9、在一些实施方案中，该方法还包括通过向生物质添加氧化剂(优选氧化漂白剂)来漂白来自微生物细胞的聚羟基链烷酸酯的附加步骤。

10、根据某些实施方案，从细胞碎片中分离聚羟基链烷酸酯的步骤优选通过过滤或离心进行。

11、在某些实施方案中，还优选在蛋白质降解步骤之前、期间或之后立即将洗涤剂添加至生物质混合物中。洗涤剂可以是离子型或非离子型。在一些情况下，阴离子洗涤剂可能是优选的。

12、在一些实施方案中，优选地，在将裂解剂添加至生物质之前将核酸内切酶添加至生物质。在其他实施方案中，优选地，核酸内切酶和裂解剂同时添加至生物质中。

13、此外，在某些实施方案中，优选地，在将肽酶添加至生物质之前，将裂解剂添加至生物质中。在其他实施方案中，优选地，裂解剂和肽酶同时添加至生物质中。

技术特征：

1.一种从含有胞内聚羟基链烷酸酯的微生物细胞的生物质中回收聚羟基链烷酸酯的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述核酸内切酶包括脱氧核糖核酸酶。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述核酸内切酶包括核糖核酸酶。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述裂解剂包含选自由溶菌酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶及其混合物组成的组中的试剂，基于所述生物质的体积，所述试剂的含量为0.01mg/l至8g/l。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述裂解剂还包含非离子表面活性剂和洗涤剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述裂解步骤在20℃至70℃的温度下进行20分钟至24小时。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述肽酶包含选自由丝氨酸蛋白酶、中性金属蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶及其混合物组成的组中的蛋白酶。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述蛋白质降解步骤在30℃至65℃的温度下进行20分钟至24小时。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述微生物细胞为细菌细胞。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述切割步骤之前通过将所述细胞暴露于电磁辐射来灭活生物质中的微生物细胞的步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述切割步骤之前通过将所述细胞暴露于含量足以将所述生物质加热至至少50℃的温度的红外辐射能量至少2分钟来灭活所述生物质中的微生物细胞的步骤。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述切割步骤之前通过将蒸汽注入所述生物质来灭活所述生物质中的微生物细胞的步骤。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述切割步骤之前通过以下任一方式灭活所述生物质中的微生物细胞的步骤：(a)向所述生物质添加一种或多种酸，其含量足以使生物质ph小于6.0；或(b)向所述生物质添加一种或多种碱，其含量足以使生物质ph大于8.0。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括通过向所述生物质添加氧化剂来漂白来自所述微生物细胞的所述聚羟基链烷酸酯的步骤。

15.根据权利要求1所述的方法，其中将聚羟基链烷酸酯与所述细胞碎片分离通过过滤或离心进行。

16.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述蛋白质降解步骤之前、期间或之后向所述生物质混合物添加洗涤剂。

17.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述裂解剂添加至所述生物质之前将所述核酸内切酶添加至所述生物质中。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述核酸内切酶和所述裂解剂同时添加至生物质中。

19.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述肽酶添加至所述生物质之前将所述裂解剂添加至所述生物质中。

20.根据权利要求1所述的方法，其中将所述裂解剂和所述肽酶同时添加至所述生物质中。

技术总结本发明公开了一种从生物质中回收聚羟基链烷酸酯的方法。根据该方法，通过添加核酸内切酶来切割多核苷酸链。裂解剂用于破坏微生物细胞的细胞壁并从细胞中释放胞内聚羟基链烷酸酯。通过添加肽酶也降解了蛋白质。然后将聚羟基链烷酸酯与细胞的细胞碎片分离。根据本公开，该方法在切割、裂解和降解步骤中未使用有机溶剂进行。技术研发人员：C·G·莱格特,P·范特朗普,T·K·莱格特三世受保护的技术使用者：丹尼米尔知识产权有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18