CN102380180A - 一种生物法降解聚乳酸的方法 - Google Patents

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林娟
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Abstract

一种生物降解聚乳酸的方法，属于环境生物技术领域。是在微生物种子活化后，采用含有明胶的培养基进行诱导，用诱导后的微生物降解聚乳酸。本发明提供了一种高效降解PLA的方法，具有可操作性强、方法简单的优点。

Description

一种生物法降解聚乳酸的方法
技术领域
本发明涉及一种生物法降解聚乳酸的方法，属于环境生物技术领域。
背景技术
随着科学技术的日益进步和全球人口的不断增加，塑料已经在我们的日常生活和工业发展的各个方画有着广泛的应用。但是传统的塑料，如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯对苯二酸等，在自然环境中是很难被降解的，这些材料在地球上的日积月累已经对环境造成了威胁。为了避免处理这些不可生物降解的石油基塑料产品所带来的问题和负担，并尽可能降低对环境的影响，人们正寻求可生物降解的材料。
可降解塑料相对于其他塑料的有点主要体现在：(1)可以转化为有机肥料丰富土壤；(2)由于可降解，可以减少由于垃圾堆放、填埋对野生生物带来的伤害，同时降低用于人工清理垃圾的成本；(3)由于降解腐败作用，垃圾体积减小，可以延长垃圾堆积场所的使用时间；(4)通过微生物和酶的作用可以降解为单体和低聚物。这些优点使得可降解塑料成为环境友好型的新一代材料。
聚乳酸(Poly-lactide，PLA)属于生物可降解脂肪族聚酯，单体为乳酸(Lactic acid，LA)。目前工业生产PLA的方法主要是由微生物以淀粉和糖蜜等可再生资源为底物发酵产生乳酸，再通过化学方法丙交酯开环聚合得到PLA。PLA已被证明在环境中可以彻底降解为CO2和H2O。PLA在环境中的降解可大致划分为两阶段，第一阶段是在以非生物条件(光、压力、水、氧气和热等)为主的影响下发生形态上的改变，如褪色、脆化、破碎和屈光度的变化等，表画变白可以认为是聚合物开始水解的信号；第二阶段则主要依靠微生物进行彻底的降解作用，最终转化为CO2和H2O。PLA以其这种环境友好性及良好的机械性能、通透性、透明度等特性，被认为是最有可能取代难降解的基于石油的合成聚合物，在包装、农业、医学等领域中都有着广泛应用。
随着PLA的应用日益广泛，研究它的可降解性及降解机理，建立高效准确的PLA可降解性的评价体系，已经成为迫在眉睫的任务。只有这样才能保证人们可以更放心安全地使用这些材料，并帮助改善人类的生存环境。目前研究人员多通过采用堆肥法来评价PLA的可降解性，这种方法可控性差、重复性不好。通过以PLA唯一碳源，研究人员成功筛选获得了一些属于假诺卡氏菌科及其相关的属种的具有降解PLA能方的菌种。通过人为合成的培养基和优化的培养条件，利用这些微生物来评价PLA的可降解性具有更好的可控性及重复性。此外，以往对这些菌种降解PLA的研究表明，在降解过程中起到关键作用的多是蛋白酶类以及一些PLA的天然结构类似物，这些物质可以诱导微生物产生PLA降解相关的酶类，从而最终将PLA降解掉。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种生物降解聚乳酸的方法，是在微生物种子活化后，采用含有明胶的培养基进行诱导，用诱导后的微生物降解聚乳酸。
所述微生物为现有技术中降解PLA的常用微生物，如Lentzea waywayandensis、Tritirachium album或Amycolatopsis orientalis。
所述含有明胶的培养基是种子培养基中添加明胶，种子培养基组成为(g/L)：酵母浸膏1，牛肉膏1，NZ amineA 2，葡萄糖10，pH 7.3；明胶添加量为0.1％-3％。
为提高对聚乳酸(PLA)的降解效果，在聚乳酸中添加利于微生物生长的基本培养基，基本培养基组成为(mg/L)：酵母浸膏100，MgSO4·7H2O 200，NaCl 100，CaCl2·2H2O 20，FeSO4·H2O  10，Na2MoO4·2H2O 0.5，Na2WO4·2H2O 0.5，MnSO40.5，K2HPO41600，KH2PO4200，(NH4)2SO4 1000，pH自然。
为进一步提高对PLA的降解效果，可以在基本培养基中添加浓度为0.1％的明胶。
本发明具有如下有益效果：1)提供了一种高效降解PLA的方法；2)可操作性强，简单易行。
附图说明
图1.PLA膜经由1.0％明胶诱导培养的L.waywayandensis作用25d的表画变化；(A)为未接种的对照组的PLA表画，(B)为经由L.waywayandensis作用25d后的表画。
图2.PLA膜经由1.0％明胶诱导培养的L.waywayandensis作用25d后质量变化；对照组是未接种微生物的降解培养基中的PLA膜，降解组为接种经由1.0％明胶诱导培养的L.waywayandensis降解培养基中的PLA膜。
具体实施方式
材料和方法
种子培养基(g/LH2O)：酵母浸膏，1；牛肉膏，1；NZ amineA，2；葡萄糖，10；pH 7.3；
基本培养基组成为(mg/L H2O)：酵母浸膏，100；MgSO4·7H2O，200；NaCl，100；CaCl2·2H2O，20；FeSO4·H2O，10；Na2MoO4·2H2O，0.5；Na2WO4·2H2O，0.5；MnSO4，0.5；K2HPO4，1600；KH2PO4，200；(NH4)2SO4，1000；pH自然；
PLA来源于宁波环球生物材料有限公司，膜厚度28μm，密度1.457g/cm3。
PLA的称重：PLA在添加到培养基中进行降解之前称重，降解培养结束后，过滤收集、超产波清洗、75℃烘干4h再次称重。
PLA表画的电镜扫描观察：将称重之后的经微生物降解了的及未接种微生物的残余PLA，用扫描电镜观察表画变化。
外外安德伦茨菌(Lentzea waywayandensis)，购自CGMCC，保藏编号为CGMCC 4.1646。
对比例
将经活化培养好的L.waywayandensis以接种量5％转接到含0.1％PLA的基本培养基中，另设不接种的发酵培养基作为对照，30℃、200rpm培养25d。称取PLA降解后质量减少0.0355g，未接种的对照组中PLA质量减少0.0050g，则PLA净降解率为30.5％
实施例1
将冷冻甘油管保藏的L.waywayandensis接种到种子培养基，接种量1％，装液量100/500ml，30℃、200rpm培养7d后，转接到新鲜的种子培养基中，接种量5％，同样条件培养2d，完成活化培养。
将经活化培养好的L.waywayandensis以接种量5％转接到明胶诱导培养基，明胶含量1％，装液量100/500ml，30℃、200rpm培养2d。
取L.waywayandensis的明胶诱导培养液技种到含0.1％PLA的基本培养基中30℃、200rpm培养25d。称取PLA降解后质量减少0.0681g，未接种的对照组中PLA质量减少0.0044g，则PLA净降解率为63.7％(图2)。通过扫描电镜结果可以看出(图1)，在添加一定浓度的明胶的条件下，PLA已经被充分降解，表画出现了很多不规则的沟痕及破洞。
实施例2
将冷冻甘油管保藏的L.waywayandensis接种到种子培养基，接种量1％，装液量100/500ml，30℃、200rpm培养7d后，转接到新鲜的种子培养基中，接种量5％，同样条件培养2d，完成活化培养。
将经活化培养好的L.waywayandensis以接种量5％转接到明胶诱导培养基，明胶含量3％，装液量100/500ml，30℃、200rpm培养2d。
取L.waywayandensis的明胶诱导培养液接种到含0.1％PLA的基本培养基中30℃、200rpm培养25d。称取PLA降解后质量减少0.0765g，未接种的对照组中PLA质量减少0.0075g，则PLA净降解率为69％。通过扫描电镜结果可以看出，在添加一定浓度的明胶的条件下，PLA已经被充分降解，表画出现了很多不规则的沟痕及破洞。
实施例3
将冷冻甘油管保藏的L.waywayandensis接种到种子培养基，接种量1％，装液量100/500ml，30℃、200rpm培养7d后，转接到新鲜的种子培养基中，接种量5％，同样条件培养2d，完成活化培养。
将经活化培养好的L.waywayandensis以接种量5％转接到明胶诱导培养基，明胶含量0.1％，装液量100/500ml，30℃、200rpm培养2d。
取L.waywayandensis的明胶诱导培养液接种到含0.1％PLA的基本培养基中30℃、200rpm培养25d。称取PLA降解后质量减少0.021g，未接种的对照组中PLA质量减少0.0032g，则PLA净降解率为17.8％。通过扫描电镜结果可以看出，在添加一定浓度的明胶的条件下，PLA表画出现了破碎。

Claims (6)

1.一种生物降解聚乳酸的方法，是在微生物种子活化后，采用含有明胶的培养基进行诱导，用诱导后的微生物降解聚乳酸。
2.根据权利1要求所述方法，其特征在于，所述微生物为Lentzea waywayandensis、Tritirachium album或Amycolatopsis orientalis中任一一种。
3.根据权利1要求所述方法，其特征在于，含有明胶的培养基是在种子培养基中添加0.1％-3％的明胶。
4.根据权利3要求所述方法，其特征在于，所述种子培养基组成g/L：酵母浸膏1，牛肉膏1，NZ amine A 2，葡萄糖10，pH 7.3。
5.根据权利1要求所述方法，其特征在于，所述微生物降解聚乳酸是在基本培养基中进行，基本培养基组成如下mg/L：酵母浸膏100，MgSO4·7H2O 200，NaCl 100，CaCl2·2H2O20，FeSO4·H2O 10，Na2MoO4·2H2O 0.5，Na2WO4·2H2O 0.3，MnSO40.5，K2HPO4 1600，KH2PO4 200，(NH4)2SO4 1000，pH自然。
6.根据权利1要求所述方法，其特征在于，在微生物降解聚乳酸的过程中添加0.1％的明胶。
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WO2011039489A1 (fr) * 2009-10-02 2011-04-07 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs - Souches bacteriennes et leurs variants capables de dégrader l'acide polylactique et leurs utilisations
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Title
王莎: "东方拟无枝酸菌产聚乳酸降解酶和蛋白酶的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

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