[发明专利]在糖原积累生物体内使PHA生产最大化的方法

说明书

临时申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.$119(e)要求以下美国临时申请的优先权：申请系列号61/151,940，提交于2009年2月12日。该申请在本文以其整体引入作为参考。

发明背景

聚羟基链烷酸酯(PHAs)已被认为是环境友好的聚合物材料的有希望的候选者。这些聚合物显示了宽范围的材料特性，并且可以从可再生资源生产。但是，与使用纯微生物培养进行的传统PHA生产方法相关联的高生产成本限制了这些聚合物的广泛应用。已经提议了基于使用混合培养的可选的PHA生产策略。因为不需要无菌条件，PHA生产中使用混合培养可能是更具成本效益的。另外，它允许使用廉价底物例如废物或废弃副产物。

发明概述

本发明涉及在混合培养生物质中提高PHA产量的方法。在该方法的第一阶段，与底物相关的有机材料被转化为挥发性脂肪酸(VFAs)。在第二阶段，采用无氧-有氧筛选过程来筛选糖原积累生物体(GAOs)，并导致GAOs增殖和以开放性的混合培养生物质为主。通过在所述筛选过程的无氧阶段以VFAs的形式提供相对高的有机加载，产生了具有相对高水平的储存糖原的GAOs。在第三个阶段，在无氧或有氧条件或其联合的情况下向糖原富集GAO生物质提供VFAs，进行PHA积累过程。通过消耗外部提供的VFA富集的底物和内在储存的糖原，在所述生物质中产生相对高水平的PHA。此后从残留生物质中分离出PHA。

在一些方法中，所有三个步骤可能不是全部必须的。例如，底物可能已经有足够丰富的VFAs以确保在进行GAO筛选之前不需要有机转化步骤。另外，在一些情况下将PHA积累方法整合进步骤二GAO筛选方法是可行的。

更具体地，本发明的方法涉及通过筛选的或富集的GAO的开放性混合培养来生产PHA，其中在筛选过程的无氧阶段，维持相对高的VFA与生物质的加载比例。已经发现这使得细胞内糖原升高至相对高水平，相应地有利于提供积累相对高含量的PHA的机制。虽然在筛选过程的无氧阶段期间VFA加载量可以变化，但是已经发现VFA与生物质(干重)的加载比例在0.075-0.126g-VFA/g-生物质范围内有效地生产包含大约17％到大约60％PHA的生物质。这一比例范围不是限制性的。通过实验测试假定超过0.126g-VFA/g-生物质的更高比例也有效地产生相当量的糖原，这反过来导致产生相当量的PHA。

附图概述

图1是图示了在GAO筛选过程中典型的无氧-有氧循环的图。

图2是图示了无氧PHA积累过程的图。

图3是图示了有氧PHA积累过程的图，其中两个脉冲的50C-mmol/L乙酸酯被加入到生物质中。

图4是图示了有氧PHA积累过程的图，其中三个脉冲的50C-mmol/L乙酸酯被加入到生物质中。

图5是图示了GAO筛选过程和引入到废水处理系统的PHA积累过程的一个实施方案的示意图。

示例性实施方案的描述

聚羟基链烷酸酯(PHAs)是一类在细菌中作为细胞内碳和能量储存物而合成的生物聚合物。在生物质中发现了一类生物体，称为糖原积累生物体(GAOs)，在一定条件下生产PHA。GAOs代谢外源碳源，通常是挥发性脂肪酸(VFAs)，并以PHAs的形式储存碳。

本发明涉及在富集GAOs的混合培养中提高PHA生产。本文描述的方法可以包含至少三个步骤。在第一阶段，包含底物的有机物质被转化为挥发性脂肪酸(VFAs)。第二阶段是使用交替的无氧-有氧条件并且在无氧阶段消耗VFA的GAO筛选过程。尽管VFAs通常被视为优选的GAOs底物，其它类型的有机化合物也可以用作底物。在该阶段GAOs生长并增殖，并且如果不以超过生长需要来提供磷源的话将主导生物质。在第三阶段，在GAOs中生产PHA并积累至尽可能高的程度。本发明的目标是生产高含量的PHA，因为这将改进整个方法的生产性能，并显著改进下游加工，使从残留生物质中分离PHA更便宜和更具成本效益。本文描述的方法正日益更经济地和在技术上更可行地在积累阶段达到更高的PHA水平。