[发明专利]一种菌酶联合降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法

说明书

本发明公开了一种菌酶联合降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法，以变栖克雷伯氏菌SY1(Klebsiella variicola SY1)经扩大培养获得的细胞悬液和南极假丝酵母角质酶HiC为催化剂，以聚对苯二甲酸乙二醇酯为底物，以pH 7.0‑9.0的缓冲液为反应介质构成反应体系，在30‑60℃进行降解反应，将高聚物PET降解为单体化合物；通过菌酶联合应用，解除PET降解酶的产物抑制，提高降解效率。

(一)技术领域

本发明涉及一种菌酶联合降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法。

(二)背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethlene terephthalate，PET)是对苯二甲酸(terephthalic acid，TPA)和乙二醇的聚酯，也是使用最广泛的热塑性聚酯材料之一，约占全球塑料产量的1/5，其废弃物的大量累积已经造成了严重的环境问题。目前，PET废弃物的处理主要分为物理法、化学法和生物法。物理回收方法首先将回收的PET塑料进行分类，通过机械处理成碎片后，进一步洗涤与干燥处理，再利用加热等工艺进行再次制造成粒。虽然物理回收得到很广泛的应用，但是这种方法往往会发生PET分子链断裂、分子量减少以及无法去除其中的杂质成分等情况，这大大降低了PET的使用性能。化学法主要包括糖解、醇解、水解、氨解等，需要高温条件和极端化学试剂将PET高聚物进行解聚反应，从而产生部分低聚物和单体，降解成本高、容易产生额外的环境污染物。而生物法则反应条件温和，主要通过微生物分泌一些胞外降解酶，将PET聚合物降解成小分子量的水溶性小分子，然后被进一步消化，最终水解成CO₂和H₂O等物质，是一种环保绿色的技术。

PET的酶促水解是一种表面侵蚀的过程，其结晶度高低也是影响PET酶促降解效率快慢的至关重要因素，高结晶度的PET材料对PET水解过程中角质酶活性有负面影响。除此之外，PET的酶促降解产物也对降解过程存在一定的抑制作用。研究发现，PET的酶促降解中间产物对苯二甲酸双(2-羟乙基)酯(BHET)和对苯二甲酸2-羟乙基单酯(MHET)是PET降解酶的竞争性抑制剂，而MHET与BHET相比被进一步水解为TPA的速度要慢得多，而降解产物TPA的累积会导致体系pH值的减小，从而影响酶的活性。因此可利用酶或细胞将BHET、MHET和TPA等产物降解，以降低或解除PET降解酶的抑制，提高对PET的降解效率。

本发明考察了南极假丝酵母角质酶(Humicola insolens cutinase，HiC)对两种不同结晶度PET的降解情况，并比较了HiC分别与脂肪酶CALB和Klebsiella variicola SY1联合降解PET的效果。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种菌酶联合降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法，该方法通过将南极假丝酵母角质酶与Klebsiella variicola SY1联合降解PET，可有效降低PET降解产物BHET、MHET和TPA的含量，从而解除这些产物对角质酶的抑制，提高PET降解效率。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种菌酶联合降解聚对苯二甲酸乙二醇酯的方法，所述方法为：以变栖克雷伯氏菌SY1(Klebsiella variicola SY1)经扩大培养获得的细胞悬液和南极假丝酵母角质酶为催化剂，以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为底物，以pH 7.0-9.0(优选pH8.0)的缓冲液为反应介质构成反应体系，在30-60℃进行降解反应，使聚对苯二甲酸乙二醇酯高聚物降解为单体化合物；所述变栖克雷伯氏菌SY1，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2020198，保藏日期2020年6月10日，地址中国武汉，武汉大学，邮编430072。

优选所述缓冲液为pH 8.0、50-100mM Tris-HCl缓冲液。