关键词：
生物材料
PHA
不明生物体
提取
脱色
仪器分析
摘要：
聚羟基烷酸酯(Polyhydroxyalkanoic,简称PHA),是目前世界上发现的唯一由微生物完全合成的一种热塑性生物高分子材料。PHA与化学合成塑料相比,除具有良好的热塑性、易加工成型、应用范围广外,还具有可完全降解性、好的生物相容性、压电性等化学合成塑料不具有的特性。因此,PHA是替代化学合成塑料,消除“白色污染”,且具有更广泛应用前景的环境友好型高分子材料。
目前PHA生产还不能大规模产业化的关键问题,是生产成本与化学合成塑料相比还太高。因此,降低PHA的生产成本就成为该产品开发研究的攻关课题。
PHA的生产成本,由两部分构成,即发酵与PHA萃取。本课题前期研究,通过两株菌混合高密度培养,使发酵生物量达53g/L,PHA产量达42.4g/L,有效地降低了发酵工艺段的生产成本。但占PHA总生产成本70%的萃取工艺,还困扰着该项目产业化的进程。因此,研究探索新的PHA萃取工艺,大幅度降低萃取工艺段的生产成本,是该论文研究的主要目标。
对PHA的萃取,本论文采取了四种方法:①剧烈搅拌法:以氯仿作为萃取剂,搅拌速度8000r/min,搅拌时间20min,纯度95.2%,回收率达87%。②SDS-NaCL0法:1%SDS作用15min后,再用30%(V/V)NaCL0作用3min,纯度96%,回收率88.9%。③封闭回流搅拌法:温度62℃,转速(600rpm),氯仿溶解搅拌2h,纯度97.2%,回收率83%。④碱法:KOH浓度为0.2N时,温度30℃时,时间30min,后氯仿溶解处理,得到的产品纯度98.4%,回收率85.4%。
经上述萃取方法的比较,其中“封闭回流搅拌法”,被认为是最有发展前景的一种方法。该方法不仅保留了氯仿萃取的高效率,更重要的是氯仿的回收重复使用,有效的降低了生产成本,也减少了氯仿对操作人员的毒害作用,避免了生产对环境的污染。同时,也为PHA的产业化设备选型,奠定了技术基础
萃取得到的产品,虽纯度较好,但颜色较深,透明度较差。所以实验又进行脱色处理,实验选用NaCL0脱色,连二亚硫酸钠(Na2S2O4)脱色,活性炭脱色三种方法。结果显示,活性炭脱色效果最佳,获得的产品透明度好,扩大了PHA在医学上应用的可能性。
自1992年我国第一次在陕西渭河滩发现“不明生物体”以来,近年来又在全国各地多次出现有关不明生物体的报道。经初步研究,发现其中含有大量的粘菌子实体和多种丝状真菌和细菌等微生物,故将该生物体暂称为“大型粘菌复合体”。但研究中又发现,将该不明物体的渗出物收集起来,在一平板上铺平干燥后,就成为一片有一定韧性、半透明的塑料状物质。加之粘菌是产生另一类生物高分子材料——聚苹果酸的菌种。这就激发了作者对“不明生物体”的研究兴趣。
研究中尝试采用多种溶剂多种方法,对不明生物体进行溶解,最后发现60℃-70℃热水可充分溶解不明生物体。水溶解物经正丁醇萃取,萃取液和母液分别通过柱层析、乙醇沉淀分离提纯得到若干化合物和一主要白色沉淀化合物。白色沉淀,经去脂、去蛋白、脱盐等处理,在经核磁、元素测定及红外等综合分析,确定其基本组成为聚乙烯醇。样品Ⅱ同样得到白色沉淀物,处理后经红外分析对照,基本物质也为聚乙烯醇。实验结论证明,1992年陕西发现的首例样品Ⅰ和河北2005年发现的样品Ⅱ,都是一种以聚乙烯醇为主,含少量多糖物质,并且混杂有粘细菌、霉菌及芽孢细菌的复杂“不明生物体”,并不含聚苹果酸。此不明物体,是人们丢弃到自然学界的废弃物?还是物体内的微生物产生的代谢产物?根据实验过程中发现的一些还无法解释的现象,目前做出结论还为时过早。
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