游客发表

怎么优化PHA工业化出产并降低成本?

发帖时间:2021-10-22 04:28:16

怎么优化PHA工业化出产并下降本钱?

   纺织服装调查         发布时刻:2021-09-02 14:26:01 塑料 + 重视专题 最新资讯。
  • .新式肉桂酸纤维素真“强悍”!研讨人员成功开宣布一种环保且可重复运用的塑料。
  • .仅45天便能完全分化!这款“神仙资料”有望敲响白色恶魔的丧钟。

阅览更多内容。

狠戳这儿。

  • 参加回复。

共享到。

聚羟基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoates,简称PHA) 是由微生物运用多种碳源发酵发生的高分子聚酯的总称,由于其具有杰出的生物相容性、生物可降解性和热加工功能,已被广泛运用于生物医学资料和可降解塑料的出产,但PHA的高出产本钱和不安稳性阻止了其商业化进程,怎么优化PHA工业化出产现已成为生物资料范畴的研讨热门。


PHA的运用及工业化出产的应战。


聚羟基脂肪酸酯(PHA)的疏水性、阻气性和可生物降解特性使其在包装(尤其是食品包装)和一次性消费品方面比传统塑料更具吸引力,因此被视为聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等化学塑料的优质替代品。但是,虽然现已被研讨了30多年,PHA的产业化依然被多种要素所约束。现在已能在工业规划制备部分品种的PHA,并运用于纺织、农业和生物医学资料等范畴,但经过当时工业生物技能(Current industrial biotechnology, 简称CIB)出产的PHA一般都具有出产本钱高、热机械功能差、产品质量不安稳等缺点。一起,由PHA衍生出的各方面运用依然有待扩展,要完成特定的PHA结构和功能也具有应战性。


PHA的出产。


现在用于PHA出产的工业生物技能包含几个首要进程:菌株开发、摇瓶优化、实验室发酵罐预发酵,以及工业规划扩展。图2. 从实验室到工业规划的PHA出产流程。


在现有工业生物技能中,用于出产PHA的野生型菌株及工程菌株现已得到了翔实的研讨。多种不同的菌种别离用于出产不同链长的PHA,工程化的大肠杆菌也常用于几种PHA的出产。虽然成功地进行了工业规划出产,但这些菌株在发酵后仍需求完全灭菌以根绝污染。此外,杂乱且高本钱的CIB出产工艺导致PHA的市场化依然受到约束。


近年来,嗜极点微生物,特别是嗜盐单胞菌属,现已成为了量产PHA和下降本钱的后起之秀。根据嗜极点微生物的下一代工业生物技能(Next-generation industrial biotechnology, 简称NGIB)是战胜当时工业技能瓶颈的很多手法中最具竞争力的办法之一。


NGIB选用抗污染的嗜极点微生物以完成长时间接连的、敞开的和节能的生物处理进程,而且在人工智能(AI)的操控下,运用更低本钱的底物和更少的淡水。在高盐和碱性pH下成长的工程化极点嗜盐单胞菌属(Halomonas spp.)已被成功开发为NGIB运用实例,其作为底盘细胞具有多方面优势:菌株能够以海水为水源然后节省了淡水资源;碱性及高盐环境省去了灭菌程序;而且经过基因工程改造的菌株能够自凝集,然后下降了下流处理的杂乱性和本钱。


如何优化PHA工业化生产并降低成本?


图3. 根据极点嗜盐单胞菌属的下一代工业生物技能流程。


相较于传统石油基塑料制品,PHA严峻受制于它昂扬的出产本钱。清华大学教授陈国强教授从前讲到,在PHA的本钱组成中,底物质料占有50%,下流占有23%,能耗占有27%。


为下降PHA的出产本钱,然后进步其在资料市场上的竞争力,近年来,研讨人员在运用代谢工程技能改造PHA出产菌株以下降质料本钱和简化下流加工进程上取得了一些新进展。


陈国强的技能节省了动力和淡水,简化了PHA的出产进程。结合代谢工程技能,盐单胞菌能够作为多种PHA的低本钱出产渠道,将有望进步PHA的市场竞争力和推动其商业化。


代谢工程(Metabolic engineering)是指运用多基因重组技能有意图的对细胞代谢途径进行润饰、改造,改动细胞特性,并与细胞基因调控、代谢调控及生化工程相结合,为完成构建新的代谢途径出产特定意图产品而发展起来的一个新的学科范畴。能够说是基因工程的高级阶段。


代谢工程在简化下流加工进程然后下降PHA出产本钱方面的运用。


如何优化PHA工业化生产并降低成本?


1、形状学工程扩展细胞空间。


工业生物技能一般触及在大型发酵罐中进行微生物发酵,然后进行下流加工处理,即从发酵培养液中别离出微生物生物质,再别离提取胞内产品或上清液产品。而完成别离一般需求贵重且耗能大的接连离心、微过滤或费时的重力沉积等。


PHA的出产本钱昂扬的一个重要要素便是细菌细胞及胞内产品 PHA 的下流加工进程花费较高。由于大多数菌株细胞的巨细在 0.5–2.0 μm 之间,细胞太小不只添加了细菌生物量与培养液的别离难度,一起也约束了每个细胞中 PHA 颗粒的贮存量。


经过形状学工程改造 PHA 出产菌株,有助于供给更大的细胞空间来堆集 PHA 颗粒;还有助于加快细胞沉积,使细菌细胞易于经过重力与培养液别离,然后有用下降 PHA 的出产本钱。


细胞的形状受许多基因调控影响,现在已在大肠杆菌或嗜盐菌中成功操作 mreB、ftsZ、sulA、minC 和 minD 基因来改造细胞形状,简化下流生物加工进程。如 SulA过表达构成的丝状细胞能够比野生型多贮存 27% 的 PHB,当在 mreB 缺失突变体中回补表达 mreB 后,重组大肠杆菌中 PHB 的堆集量可添加 100% 以上。


如何优化PHA工业化生产并降低成本?


2、自凝絮处理下降收回难度。


生物自絮凝是指某些微生物自发展现出受控集合的才能,构成很多且高度细密的细胞絮凝物,然后下降从培养基中收回生物质的难度,有利于完成简略经济的下流处理 。


例如,当删除了盐单胞菌 Halomonas campaniensis LS21 编码电子搬运链中两个电子搬运黄素蛋白亚基的 etf 操纵子后,细胞外表电荷削减和细胞疏水性添加,细胞趋于自絮凝;在中止搅搅拌通气后,大多数细胞敏捷絮凝并沉积至生物反应器的底部,整个进程继续不到 1 min 且没有能量消耗,然后削减了下流别离的能量消耗。


此外,自絮凝还具有比如发酵培养基循环再运用等其他长处。搜集完沉积的细胞团后,无需灭菌或接种,培养基上清液即可再次运用;无废水发酵工艺能够至少循环运转 4 次而不发生废水 。



未来展望。


根据快速增加的极点嗜盐单胞菌开宣布的下一代工业生物技能使得生物出产工艺更具本钱效益和操作友好性,一起坚持了产品安稳的分子量和组成。现在国内外已稀有家PHA出产公司选用了嗜盐单胞菌属出产PHA,估计全球PHA出产将不断扩展以满意不断增加的市场需求。虽然NGIB有望明显下降出产本钱,但仍需求进一步打破以终究完成从上游出产到下流运用的强壮PHA工业出产线。


文章来历: 生物降解资料研讨院,CellPress细胞科学。

热门排行

友情链接