利用高效菌将餐厨废油合成pha的工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用高效菌将餐厨废油合成PHA的工艺方法，具体涉及一种利 用高效菌即钩虫贪铜菌Cupriavidusnecator(DSM428)将餐厨废油合成聚羟基脂肪酸醋 (Polyhydroxyalkanoates，PHA)的工艺条件优化方法，属于固体废弃物资源化利用领域。
【背景技术】
[0002] 聚羟基脂肪酸醋（Polyhydroxyalkanoates，PHA)是广泛存在于微生物体内的一 类高分子生物聚酯，在生物体内主要作为碳源和能量的贮藏物质。PHA具有良好的生物相 容性能、生物可降解性、紫外稳定性、生物组织相容性和塑料的热加工性能、光学活性、压电 性、抗潮性、低透气性等特殊性能，可代替以石油为原料的普通塑料，在日常生活、医学、农 业、工业、环境保护等各个领域有着巨大的应用研宄价值。
[0003]PHA产品废弃后能够进行生物降解，不会对环境产生影响，与传统化学合成塑料相 比更加有可持续发展性，已经成为生物材料领域最为活跃的研宄热点。目前PHA生产主要 依赖于微生物发酵，在微生物发酵合成PHA的所有发酵条件因素中，碳源是一个重要因素， 其成本占到总成本的28-50%。采用廉价碳源可大大降低PHA的生产成本。
[0004] 餐厨废油包括煎炸废油、泔水油和地沟油等源自于餐饮业的废油脂，成分主要是 烹调用植物油和食品中动物油脂，化学组成主要为脂肪酸甘油酯。煎炸废油是指餐馆、饭 店、单位食堂等做煎炸食品后废弃的煎炸用油。煎炸废油属于大分子疏水性有机物，其在 多次煎炸过程中与空气中的氧气接触，发生一系列水解、氧化、聚合等复杂反应，使得油黏 度增加，油中原本含有的一些不饱和脂肪酸含量极低，产生了一些具有致癌作用的脂肪酸 类聚合物及醛、酮、内酯等刺激性气味的物质。泔水油主要是指从餐厨垃圾中分离回收的 废油，这类废油是植物油和动物油的混合物，主要来自餐厨垃圾处理厂，容易收集和集中管 理。地沟油是从餐饮单位厨房排水除油设施分离出的油脂和排水管道或检查井清掏污物中 提炼出的油脂，由于地沟油回收、加工及提炼过程卫生条件恶劣，导致地沟油中含有多种有 毒有害成分，重金属、细菌、真菌、黄曲霉毒素等严重超标，因此地沟油对人体具有很大的危 害性。餐厨废油如果进入环境或被不法商贩加工为食用油重新回到居民餐桌，会造成极大 的环境污染，并严重威胁人类健康。同时餐厨废油具有废物与资源的二重性，含碳量高，可 作为微生物利用的碳源。利用餐厨废油为碳源合成PHA，既可以解决餐厨废油处理不当带来 的废水、废气等环境污染的问题，同时可防止餐厨废油重回餐桌，危害人类健康。另外餐厨 废油来源广泛、价格低廉，以其为碳源又可以降低PHA的生产成本，使PHA这种可降解的生 物塑料获得更广泛的应用，从而减少白色污染，实现资源的有效再利用。因此，探索将餐厨 废油合成PHA的工艺条件优化方法成为当务之急。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种利用钩虫贪铜菌Cupriavidusnecator(DSM428)将餐 厨废油合成聚羟基脂肪酸醋（P〇lyhydroxyalkanoates，PHA)的最佳工艺条件。
[0006] 本发明的技术方案包括：
[0007] -种利用高效菌将餐厨废油合成PHA的工艺方法，采用高效菌即钩虫贪铜菌 Cupriavidusnecator，以餐厨废油作为碳源，进行培养，将餐厨废油合成得到PHA。所述的 钩虫贪铜菌为Cupriavidusnecator(DSM428)，来自中国微生物菌种保藏管理委员会普通 微生物中心，编号为1.7092。
[0008] 采用钩虫贪铜菌将餐厨废油合成PHA包括以下操作步骤：首先将钩虫贪铜菌菌种 在种子培养基中进行活化，然后接种到发酵培养基中，加入餐厨废油作为碳源进行培养，合 成PHA。
[0009] 钩虫贪铜菌菌种的活化与培养，包括如下步骤：将钩虫贪铜菌接入种子培养基中， 在28~32°C，摇床转速150~170r/min条件下培养40~56h，进行活化；将活化后的菌液 以0.8-1. 2% (v%)的接种量接入发酵培养基中，加入餐厨废油，进行培养。
[0010] 所述的种子培养基，包含：10g/L蛋白胨，5g/L牛肉膏和5g/L氯化钠，pH为7. 0。
[0011] 所述的发酵培养基，包含：lg(NH4)2S04，lgKH2P04，11.lgNa2HP04 ? 12H20,0. 2g MgS04,lmL微量元素溶液和1L蒸馏水，lmL微量元素溶液中包含：9. 7mgFeCl3,7. 8mgCaCl2， 0.156mgCuS04.5H20,0.119mgCoCl2,0.118mgNiCldP0.062mgCrCl2dg合后调pH值至 7. 0,灭菌（121°C，25min)。
[0012]微量元素溶液的配制方法：将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] 以餐厨废油为碳源，灭菌（121°C，25min)后，加入到发酵培养基中；餐厨废油添加 量为 18-22g/L。
[0014] 所述的餐厨废油包括煎炸废油和地沟油等。
[0015] 利用钩虫贪铜菌Cupriavidusnecator(DSM428)将煎炸废油合成PHA的四个反应 因素的影响水平排序为：温度〉pH>碳氮源质量比〉培养时间。利用钩虫贪铜菌Cupriavidus necator(DSM428)将煎炸废油合成PHA的优化培养条件如下：培养温度为20~30°C，pH为 7~8,碳氮源质量比C/N(w/w)为20:0. 75~20:1，培养时间为48~96h。最佳培养温度 为25°C，最佳pH为7,最佳碳氮源质量比C/N(w/w)为20:0. 75,最佳培养时间为72h。利用 煎炸废油为碳源合成PHA时，PHA最大产量范围为5-7g/L。
[0016] 利用钩虫贪铜菌Cupriavidusnecator(DSM428)将地沟油合成PHA的四个 反应因素的影响水平排序为：pH>温度>培养时间>碳氮源质量比。利用钩虫贪铜菌 Cupriavidusnecator(DSM428)将地沟油合成PHA的优化培养条件如下：pH为8~9,温度 为25~35°C，培养时间为60~108h，碳氮源质量比C/N(w/w)为20:1~20:2。最佳pH为 8, 最佳温度为30°C，最佳培养时间为84h，最佳碳氮源质量比C/N(w/w)为20:1. 5。利用地 沟油为碳源合成PHA时，PHA最大产量范围为7-9g/L。
[0017] 本发明的优点：
[0018] 本发明提供了一种餐厨废油资源化利用途径，既可以解决餐厨废油处理不当带来 的废水、废气等环境污染的问题，另外餐厨废油来源广泛、价格低廉，以其为碳源又可以降 低PHA的生产成本。
[0019] 本发明提供了利用餐厨废油合成聚羟基脂肪酸酯（PHA)的最佳工艺条件，该工艺 条件操作简单，方便控制，在最佳条件下，PHA合成量与产量较高，在工业化生产方面更有广 阔的发展前景。
【附图说明】
[0020] 图1是PHA气相色谱图。
[0021] 图2是温度对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（煎炸废油培养基）。
[0022] 图3是pH对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（煎炸废油培养基）。
[0023] 图4是C/N(w/w)对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（煎炸废油培养基）。
[0024] 图5是时间对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（煎炸废油培养基）。
[0025] 图6是pH对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（地沟油培养基）。
[0026] 图7是温度对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（地沟油培养基）。
[0027] 图8是时间对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（地沟油培养基）。
[0028] 图9是C/N(w/w)对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（地沟油培养基）。
[0029] 图10是接种量对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（煎炸废油培养基）。
[0030] 图11是接种量对细胞干重、PHA产量及PHA含量的影响（地沟油培养基）。
【具体实施方式】
[0031] 本发明利用一种高效菌将餐厨废油合成聚羟基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoates，PHA)的工艺条件优化，采用的