聚3-羟基丁酸酯（PHB）可控生物降解的研究

Poly（3-hydroxybutyrate） (PHB) produced from fermentation is a kind of bio-degradable and bio-compactbale materials, which will be useful to protect our environment from white pollution. Considering PHB products used to be treated in plant scale, a new idea, control degradation of PHB is proposed in this proposal, which means that PHB will degrade to 3-hydroxybutyric acid instead of water and carbon dioxide by using special strain and on the favourable conditions. 3-hydroxybutyric acid is a useful chemical for organic synthesis because of its chirality. The most important research content in this proposal is to get high efficient and stable mutant through physical and chemical mutagenesis and genome shuffling, to clone PHB depolymerase gene, to find the active site by site-directed mutation, and finally to undersand the function of depolymerase in molecular level and the mechanism of producing 3-hydroxybutyric acid. Optimize the degradation conditions of the strain or depolymerase, improve the PHB degradation rate and get higher yeild of 3-hydroxybutyric acid. Finally a basic theory and a technique for treatment of PHB productes used with extra values will be established and provided.

通过生物发酵技术获得的聚3-羟基丁酸酯（PHB）是既能完全生物降解又能生物相容的生态环境材料，对治理白色污染保护生态环境将发挥重要作用。结合消费后PHB制品需工厂化生物处理的要求，本项目提出PHB可控降解的新思想，即通过特定菌株的选育和培养，以及降解条件的选择与控制，使PHB不是直接降解到二氧化碳和水，而是使降解产物控制为单体即3-羟基丁酸，成为新的精细化工原料。本项目的工作重点是在已获得的降解PHB菌株的基础上，通过物理、化学诱变以及基因组改组等方法获得高效稳定的降解PHB的菌株，克隆解聚酶基因，并对基因的关键位点进行定点突变，阐明酶降解功能的分子基础及产生3-羟基丁酸的机理。优化菌株和解聚酶降解PHB获得3-羟基丁酸的最佳条件，实现既能够提高PHB的降解速率，又能够控制降解产物的目标，为高附加值处理消费后的PHB制品奠定理论基础和提供技术保证。

通过生物发酵技术获得的聚3-羟基丁酸酯（PHB）是既能完全生物降解又能生物相容的生态环境材料，对治理白色污染保护生态环境将发挥重要作用。结合消费后PHB制品需工厂化生物处理的要求，本项目提出PHB可控降解的新思想，即通过特定菌株的选育和培养，以及降解条件的选择与控制，使PHB不是直接降解到二氧化碳和水，而是使降解产物控制为单体即3-羟基丁酸（3-HB），成为新的精细化工原料。. 本项目的工作重点是在已获得的降解PHB菌株的基础上，通过紫外线诱变获得2株高效稳定的降解PHB的菌株。建立了3-HB的分离及定性定量分析方法，采用单因素条件优化和响应面分析法对Psedomonas sp. DS1001a菌株降解PHB获得3-HB的最佳条件及菌株分泌PHB解聚酶的最佳条件进行了优化。. 结果表明，发酵液经超滤后可直接用于色谱分析。检测3－HB的高效液相色谱的条件为：Shim-pack Vp-ODSC18柱（150L×4.6），流动相为乙腈∶水（v/v)=15∶85，pH 2.8，紫外检测波长为210 nm，流速1 ml/min，柱温10 ℃。. Psedomonas sp. DS1001a菌株降解PHB获得3-HB的最适培养条件为：温度40 ℃，pH值6.28，装液量为150 mL/500 mL, PHB 0.2%， NH4Cl 0.05%， Na2HPO4•12H2O/KH2PO41.01/0.39%， MgSO40.07%。优化后发酵液中3-HB的浓度是优化前的3.81倍，3-HB的产率达到51.83%。. Psedomonas sp. DS1001a菌株分泌PHB解聚酶的最适条件为：温度27.51 ℃，pH值8.31，装液量为116.53 mL/500 mL。PHB 0.2%，NH4Cl 0.15 %，Na2HPO4•12H2O/KH2PO4 1.45/0.48%，优化后发酵液中PHB解聚酶的活性是优化前的5.91倍。利用粗酶降解PHB粉末， 8 h内3-HB的浓度达到2.982 mg/mL，3-HB的回收率为29.82%。. 本项目研究结果实现了既能够提高PHB的降解速率，又能够控制降解产物的目标，为高附加值处理消费后的PHB制品奠定理论基础和提供技术保证。