聚乳酸(PLA)生物循环降解的研究

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聚乳酸(PLA)是一种人工合成的高分子聚合物,由于其合成原料乳酸可由淀粉、糖类等物质发酵而来,自然环境下可降解生成H2O和CO2,对环境无污染,是目前最具发展前景的一类生物可降解塑料。然而,PLA在自然环境下降解十分缓慢,从而限制了PLA的可控降解和生物循环,目前关于PLA生物循环降解的相关研究比较少。本论文主要通过实验室保存菌种A.orientalis ssp.orientalis研究PLA的高效生物降解以及降解过程中产物的生成,探索利用微生物菌株或其产生的解聚酶对PLA进行生物循环。实验分两部分:首先研究菌株A. orientalis ssp. orientalis对PLA的降解,以及发酵过程中乳酸的生成,主要探索乳酸单体高产的培养条件;其次研究A. orientalis ssp. orientalis分泌的PLA解聚酶对PLA的降解,主要探索最佳产酶条件及酶的最适反应条件。主要结果如下:1.利用A. orientalis ssp. orientalis菌株降解PLA实验室保存菌株A. orientalis ssp. orientalis已被证实能够降解PLA,实验采取了不同的单因素条件以探究对乳酸单体产量的影响,结果表明不同的培养时间、明胶含量、碳含量、接种量、初始pH对乳酸单体产量影响较大。设计五因素四水平的正交实验,获得乳酸单体高产的条件为:接种量为5ml/100ml,初始pH为8,碳含量2.0g/100ml,明胶含量0.2g/100ml,培养时间为6d。利用菌株A.orientalis ssp.orientalis在发酵过程中降解PLA时乳酸得率为2.1%。2.利用PLA解聚酶降解PLA(1)PLA产酶条件的优化通过单因素实验确定发酵时间、明胶含量、碳含量、接种量、初始pH对PLA解聚酶的产生影响较大;设计五因素四水平的正交实验,确定对产酶影响较大的三个因素为:发酵时间、碳含量、明胶含量;以发酵时间、碳含量、明胶含量为主要因素进行响应面分析,确定最佳产酶条件为:培养时间2.81天,碳含量0.39g/100ml,明胶含量0.34g/100ml,并且在该预测条件下发酵,酶活力可达154.2U/l。(2)PLA解聚酶的最适反应条件及酶解作用影响因素的研究PLA解聚酶的最适反应条件:最适反应温度60℃,在40℃-60℃之间保温6h酶稳定性较好,最适反应pH为10.6,在pH为6.0-10.6之间酶的稳定性较高。金属离子及化学试剂的实验表明:Co2+对PLA解聚酶的活力具有激活作用,而其他金属离子对PLA解聚酶的活力都有抑制作用;Tween80可以适度提高PLA解聚酶的活力,TritonX-100对PLA解聚酶的活力有轻度的抑制作用,PMSF可以极大地抑制PLA解聚酶的活力,EDTA对PLA解聚酶的抑制程度不高。(3)利用PLA解聚酶降解PLA颗粒200mg的PLA颗粒放入含有50ml粗酶液的150ml的三角瓶中降解8h后,乳酸含量可达到750mg/l;降解5d后,PLA颗粒失重率达100%。(4)利用PLA解聚酶降解PLA时乳酸的生成利用PLA解聚酶降解乳化的PLA,经过6h的降解,乳酸的收率为84%;利用PLA解聚酶降解固态的PLA颗粒,经过8h的降解,乳酸的收率为19%。
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