CN111362445B - 利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统以及所得发酵废液的应用 - Google Patents

利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统以及所得发酵废液的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物基材料聚羟基脂肪酸酯的制备领域，具体涉及利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统以及所得发酵废液的应用。该方法包括：将PHA发酵液进行第一固液分离，得到发酵清液；然后向发酵清液中加入吸附剂，以对其中的杂质进行吸附处理。该系统包括：第一固液分离单元，用于对PHA的发酵液进行第一固液分离，得到发酵清液；吸附单元，用于接收发酵清液，并与吸附剂混合，以对发酵清液中的杂质进行吸附处理。处理后的发酵清液可以回用到下一次发酵中。该方法和系统能够节约发酵成本，减少三废排放，从而有效地降低PHA的生产成本，且能够有效保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。

Description

利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统 以及所得发酵废液的应用
技术领域
本发明涉及生物基材料聚羟基脂肪酸酯的制备领域，具体涉及一种利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统，以及得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类完全由微生物合成的高分子聚酯的统称。PHA具有生物可降解性和生物相容性，因而被认为是环境友好型材料，有助于解决日益严重的环境污染问题。虽然PHA的使用能够有效地避免石化塑料对环境造成的危害，但目前，这种环境友好的生物塑料的生产成本高昂，PHA的商业化发展一直受制于其高昂的生产成本，为降低成本，研究者们一直致力于解决其底物和灭菌成本高、产率低等方面的问题。
选择优质高产、不易染菌的底盘菌是一个提质降本的有效方法，嗜盐菌是近年来选育出来的性状优质的高产菌株，虽然其在一定程度上降低了PHA的生产成本，但是其发酵过程需要高浓度的盐环境。由于大量无机盐的使用，一方面，也会导致高昂的生产成本，另一方面，产生的高盐废水也面临着需要花很大的成本来处理的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的PHA生产成本高以及生产过程中产生高盐废水的问题，提供一种利用吸附剂对聚羟基脂肪酸酯发酵液进行处理的方法和系统，得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用，该方法和系统能够有效地降低PHA的生产成本，且发酵清液经处理回用后能够有效保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。
本发明的发明人在研究过程中发现，在采用嗜盐菌进行PHA发酵时，添加到PHA发酵液中的无机盐如果不能在发酵过程中得到重复利用，不仅会增加辅料成本，更会产生大量高盐废水，由此也会导致高昂的废水处理成本。因此回收利用发酵液中的无机盐对PHA产业化有着至关重要的影响，而如果直接将产生的高盐废水进行重复发酵利用，因发酵废液中含有不溶性菌体碎片、变性蛋白、细胞毒素、色素等难以被利用的物质，会造成体系粘度升高、溶氧和传质变差，从而影响发酵菌种的发酵效率。同时随着发酵废液的循环利用，这些物质不断积累会给后续的分离造成一定的困难，从而造成PHA得率和纯度降低。本发明的发明人在研究过程中进一步发现，先将产生的高盐废水与吸附剂接触，以对高盐废水中的杂质进行吸附，再将如此处理后的高盐废水重复利用，不仅降低了发酵过程中辅料成本的增加以及废水处理成本，还能够有效保证发酵菌种的发酵效率，从而保障PHA得率。
基于如上的研究成果，本发明一方面提供一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法，该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到发酵清液；然后向所述发酵清液中加入吸附剂，以对其中的杂质进行吸附处理，得到处理后的发酵清液。
本发明第二方面提供了如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
本发明第三方面提供一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理系统，该系统包括：
第一固液分离单元，用于对聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到发酵清液；
吸附单元，用于接收所述发酵清液，并与吸附剂混合，以对所述发酵清液中的杂质进行吸附处理，得到处理后的发酵清液。
本发明通过采用吸附分离工艺，可以从发酵废液中分离出大部分对PHA发酵菌体有害的有机杂质，从而使处理后的发酵废液能够回用到下一批次的发酵生产中，既可以降低辅料成本，也可以减少高盐废水的处理量，减少三废排放，同时吸附剂可以再生使用，因此，本发明提供的方法是一种低成本、高效的处理方法。此外，本发明还能够有效保证发酵菌种的发酵效率，从而保障PHA得率。
在本发明优选的情况下，通过选用特定的吸附剂和吸附条件，能够进一步降低PHA的生产成本，保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。
在本发明优选的情况下，采用板框过滤，并在特定的条件下对处理后的发酵清液进行固液分离，并将由此得到的液相用于配制PHA发酵菌种的发酵培养基，能够进一步降低PHA的生产成本，保障PHA发酵菌种的发酵效率和PHA得率。
在本发明优选的情况下，通过对PHA发酵液进行二次固液分离，并且一次固液分离使用碟片式离心机，二次固液分离使用带式真空过滤机或高效精密过滤机，能够更为有效的分离出发酵液中的菌体。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供了一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法，该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到发酵清液；然后向所述发酵清液中加入吸附剂，以对其中的杂质进行吸附处理，得到处理后的发酵清液。
根据本发明，对所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离的方法可以按照本领域常规的操作进行，然而本发明的发明人在研究中发现，当所述第一固液分离包括依次进行的一次固液分离和二次固液分离，更优选的，所述一次固液分离使用碟片式离心机，所述二次固液分离使用带式真空过滤机或高效精密过滤机时，能够进一步降低PHA的生产成本。能够理解的是，当将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行的第一固液分离优选包括如上一次固液分离和二次固液分离时，所述发酵清液是指二次固液分离后所得液相，也即，一次固液分离得到第一发酵清液和第一菌体沉淀，二次固液分离对所述第一发酵清液进行再次分离，得到第二发酵清液和第二菌体沉淀，所述第二发酵清液即为所述发酵清液，然后将所述第一菌体沉淀和第二菌体沉淀合并进行下一步处理。
其中，本发明对将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离的条件并没有特别的限制，可以为本领域常规的操作条件，但优选的，为了进一步提高发酵液的处理效果，所述固液分离的条件使得所述发酵清液的固含量为5-15重量％，优选为5-10重量％。
根据本发明一种优选的实施方式，所述一次固液分离使用碟片式离心机，一次固液分离后所得第一发酵清液的固含量为7-15重量％；所述二次固液分离使用带式真空过滤机或高效精密过滤机，二次固液分离后所得第二发酵清液的固含量为5-10重量％。
能够清楚的是，本发明希望的是能够重复利用发酵液中的无机盐，因此，所述吸附剂的选择需要以其基本不会吸附发酵液中的无机盐，且能够高效吸附发酵液中对PHA发酵菌种有害的有机物为基准。如此，当将处理后的发酵清液进行重复利用时，在PHA发酵培养基配制的过程中，一方面节省了配料水的使用，另一方面减少了无机盐的使用，再一方面减少了三废的排放和处理压力。
根据本发明一种优选的实施方式，所述吸附剂选自炭质吸附材料、树脂、铝矾土、硅藻土、非金属氧化物类吸附材料和金属氧化物类吸附材料中的一种或多种，更优选的，所述吸附剂为炭质吸附材料，优选为碳柱和/或活性炭。
根据本发明一种更为优选的实施方式，所述吸附剂为活性炭和碳柱的混合吸附剂，其中，活性炭和碳柱的用量比为1:0.5-2，更优选为1:0.8-1.5，例如，可以为1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5。
根据本发明，所述吸附剂的用量可以在较宽的范围内进行选择，优选的，为了提高对所述发酵液的处理效率，进而降低PHA生成成本且保障后续PHA的发酵效率，相对于1L的所述发酵清液，所述吸附剂的用量为2-200g，例如，可以为2g、5g、12g、22g、35g、55g、90g、120g、150g、180g、200g，更优选为10-50g，例如，可以为10g、11g、12g、13g、14g、15g、20g、22g、25g、30g、35g、40g、45g、50g。
根据本发明，所述吸附的条件可以在较宽的范围内进行选择，优选的，为了提高对所述发酵液的处理效率，进而降低PHA生产成本且保障后续PHA的发酵效率，所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为0-40℃，例如，可以为0℃、5℃、10℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、30℃、35℃、40℃，更优选为15-30℃；所述吸附的时间为5-120min，例如，可以为5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min，更优选为20-60min；所述搅拌的速度为50-1000rpm，例如，可以为50rpm、80rpm、100rpm、120rpm、150rpm、180rpm、200rpm、300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm、1000rpm，更优选为100-150rpm。
根据本发明，优选的，该方法还包括将处理后的发酵清液进行第二固液分离，得到含盐发酵废液和吸附剂废弃物；然后将所述含盐发酵废液循环至聚羟基脂肪酸酯的发酵阶段用于配制聚羟基脂肪酸酯的发酵培养基，所述固体吸附剂废弃物进入吸附剂再生处理阶段。
其中，所述第二固液分离的方法可以为常规的固液分离方法，只要能够有效地将吸附后产生的固液与液相进行有效分离即可，例如，可以采用静置的方法，可以采用过滤的方法，还可以采用离心的方法等等。根据本发明一种优选的处理方式，为了进一步降低PHA生产成本，同时保障含盐发酵废液回用后PHA发酵菌种的发酵效率，所述固液分离的方式为过滤；优选的，所述过滤使用板框过滤；所述过滤的条件包括：温度为0-40℃，压力为0.1-0.6MPa，时间为0.5-5小时；优选的，温度为15-25℃，压力为0.2-0.3MPa，时间为2-3h。
根据本发明，对所述吸附剂废弃物进行再生的方法可以采用本领域常规的吸附剂再生方法，例如，可以包括高温加热和脱盐处理。其中，所述高温加热可以在高温再生炉中进行，所述高温加热的温度优选使得吸附剂上吸附的有机物通过挥发或分解而得到脱除。所述脱盐可以通过水洗的方式进行，例如，将高温加热后的吸附剂冷却后送入水洗罐进行水洗脱盐。
根据本发明，优选的，该方法还包括将水洗后的吸附剂进行固液分离，分离得到的固相可以作为固体吸附剂用于下一次吸附分离，得到的液相可以用于配制PHA的发酵培养基。该固液分离优选使用板框过滤机进行过滤。
根据本发明，所述发酵液中的无机盐为所述PHA发酵菌种发酵过程中常规需求的无机盐，具体根据所选用的嗜盐菌的种类而定，例如，所述无机盐为钠盐和/或钾盐，更优选为氯化钠、氯化钾、磷酸钠、硫酸钠和硫酸镁中的至少一种，优选为钠盐中的至少一种，例如氯化钠、磷酸钠、硫酸钠。
第二方面，本发明还提供了如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液在PHA发酵中的应用。
根据本发明，所述处理后的发酵清液用作PHA发酵培养基的配液水。
如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液中已经分离出了大部分对PHA发酵菌体有害的有机杂质，从而使其能够回用到下一批次的发酵培养基配制中，既可以降低辅料成本，也可以减少高盐废水的处理量，减少三废排放。此外，本发明还能够有效保证发酵菌种的发酵效率，从而保障PHA得率。
根据本发明，所述发酵培养基含有如上所述的处理方法得到的处理后的发酵清液。
根据本发明，还可以根据情况在发酵培养基中添加尿素、玉米浆、葡糖糖、无机盐(氯化钠、氯化钾、磷酸钠、硫酸钠、磷酸二氢钾和硫酸镁中的至少一种；更优选氯化钠、硫酸镁和磷酸二氢钾)和微量元素；优选的，各物质的用量使得，相对于1L的发酵培养基，氯化钠20-80g/L，葡萄糖10-50g/L，玉米浆粉3-18g/L，尿素1.5-5g/L，硫酸镁0.1-1.5g/L，磷酸二氢钾3-10g/L，微量元素母液I 5-15mL/L，微量元素母液II 1-5mL/L。所述微量元素I和II，参照引用专利CN201010578858.8。
根据本发明一种具体的应用为通过发酵制备PHA的方法，该方法包括：在能够发酵产PHA的条件下，将PHA发酵菌种接种至如上发酵培养基中进行发酵，并将所述发酵液进行第三固液分离，得到菌体沉淀；然后将所述菌体沉淀进行破壁，并对所得破壁产物进行板框过滤，得到所述聚羟基脂肪酸酯；其中，所述板框过滤的滤布上预涂覆有聚羟基脂肪酸酯层。
根据本发明，优选的，所述预涂覆在所述滤布上的聚羟基脂肪酸酯的平均粒径大于所述破壁产物中的聚羟基脂肪酸酯的平均粒径，能够进一步提高所得PHA产品的回收率和纯度。通常情况下，所述破壁产物中的聚羟基脂肪酸酯的粒径为0.1-10μm，优选为0.3-5μm。优选的，预涂覆在所述滤布上的聚羟基脂肪酸酯的粒径为1-200μm，其中，可以通过商购获得预涂覆在所述滤布上的聚羟基脂肪酸酯。
根据本发明，所述聚羟基脂肪酸酯层的厚度可以在较宽的范围内进行选择，优选的，为了进一步提高所得PHA产品的纯度，所述聚羟基脂肪酸酯层的厚度为1-30mm，优选为8-12mm，例如，可以为8mm、9mm、10mm、11mm、12mm。
根据本发明，预涂覆所述聚羟基脂肪酸酯层后的滤布的孔径优选为1-25μm，优选为2-10μm，可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm。
根据本发明，在所述滤布上涂覆聚羟基脂肪酸酯层的方法不受特别的限制，例如，可以将PHA与水混合后配制成悬浮液，然后涂覆在所述滤布上，再干燥从而完成聚羟基脂肪酸酯层的涂覆。
根据本发明，所述板框过滤的条件优选包括：温度为10-40℃，压力为0.2-0.8MPa，时间为1-8小时；更优选：温度为20-35℃，压力为0.6-0.7MPa，时间为3-5小时。
根据本发明，对所述第三固液分离方法和条件并没有特别的限制，可以为按照如上第一固液分离的方式进行，然后将得到的菌体处理或不处理，使得菌体沉淀的水含量为40-90重量％，优选为60-80重量％。
根据本发明，优选的，在对所述菌体沉淀进行破壁之前，本发明的方法还包括对所述菌体沉淀进行洗涤的步骤。所述洗涤可以进一步除去菌体沉淀中的杂质，从而进一步提高PHA产品的纯度。其中，可以使用本领域常规的洗涤液对所述菌体沉淀进行洗涤，例如，水、生理盐水以及各种缓冲液，例如，PBS缓冲液等。所述洗涤的次数可以在根据菌体沉淀中所含杂质而定，优选的，洗涤1-5次。
根据本发明，所述破壁的方法可以为本领域常规的对菌体进行破壁的方法，例如，有机溶剂萃取法、物理机械破碎法、表面活性剂法、酶法等。但本发明的发明人发现，有机溶剂萃取法需要加入第三种溶剂组分，存在分离过程复杂、溶剂回收困难的弊端；机械破碎法存在能耗较大、破碎不均匀和放大难度大等问题；表面活性剂法多少会存在毒性。因此，基于如上的问题，本发明的发明人提出蒸煮法破壁或酶法破壁，更优选为蒸煮法破壁，在该优选的情况下，不仅解决了现有破壁方法的缺陷，还有效的提高了最终PHA产物的纯度。
根据本发明，优选的，在所述菌体沉淀进行破壁之前，还包括将菌体沉淀的pH值调节至破壁剂适宜作用的范围内，优选为6-10，更优选为7-9。
根据本发明，所述蒸煮法破壁的条件优选包括温度为60-200℃，压力为0.1-0.3MPa，搅拌转速为50-250rpm，时间为0.5-4小时；更优选，温度为90-130℃(90℃、100℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃)，压力为0.1-0.2MPa(0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.16MPa、0.18MPa、0.2MPa)，搅拌转速为80-120rpm，时间为1-2.5小时。在该优选的范围内，能够进一步提高最终所得PHA的回收率和纯度。
根据本发明，所述酶法破壁所用的酶可以为能够用于对菌体破壁的常规酶，例如，可以为溶菌酶、蛋白酶和脂肪酶中的至少一种。
根据本发明，在将所述破壁产物进行板框过滤之前，该方法还优选包括对所述破壁产物进行除杂纯化的处理。发明人发现，在对所述菌体沉淀破壁之后，破壁产物中主要包括PHA、菌体细胞壁以及各种细菌内的各种胞内成分，而PHA和细胞壁基本不溶于水。根据本发明一种优选的实施方式，使用离心的方法将所述破壁产物进行除杂，所述离心的条件使得细胞壁等杂质在上层，PHA在下层。如此，上层中不仅包含了大部分的大分子等不溶性杂质，还包括了所有的可溶性杂质，而下层主要为PHA不溶性物质。其中，所述离心优选使用碟片式离心机。
进一步优选的，在离心结束后，还包括将下层中的PHA进行洗涤。所述洗涤优选为水洗，水洗的程度为将细胞壁等大部分杂质分离出去为止，优选为1-5次。
根据本发明，该方法还包括将所述聚羟基脂肪酸酯进行干燥，例如，喷雾干燥。
根据本发明，所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液可以为本领域常规的可用于制备聚羟基脂肪酸酯的微生物的发酵液，优选的，所述微生物为嗜盐菌，例如，可以为盐单胞菌属中的一种，根据本发明一种优选的实施方式，所述PHA发酵菌种为盐单胞菌(Halomonas sp.)；更优选的，所述PHA发酵菌种为盐单胞菌(Halomonas sp.)TD01，其保藏编号为CGMCCNO.4353(CN201010578858.8)。
根据本发明，所述PHA发酵的条件可以为本领域常规的PHA发酵条件，例如，将5-20体积％的接种量将新鲜种子液接入到发酵培养基中，发酵体系不灭菌直接发酵。控制温度33-37℃，初始溶氧控制在30％以上，通过调节转速和通气来控制溶氧，转速控制400-1000rpm，通风量0.5-2.0vvm；发酵过程中控制糖浓度在5-20g/L之间，控制发酵pH为8-9，发酵40-60小时。
第三方面，本发明提供了一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理系统，该系统包括：
第一固液分离单元，用于对聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到发酵清液；
吸附单元，用于接收所述发酵清液，并与吸附剂混合，以对所述发酵清液中的杂质进行吸附处理，得到处理后的发酵清液。
优选的，所述吸附单元中还设置有搅拌装置，以对所述发酵清液和吸附剂的混合物料进行搅拌，从而提高吸附效率。
优选的，所述第一固液分离单元包括第一固液分离区，用于对所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到第一发酵清液；和第二固液分离区，用于对第一发酵清液进行第二固液分离，得到所述发酵清液。
优选的，所述第一固液分离区中设置有碟片式离心机，所述第二固液分离区中设置有带式真空过滤机或高效精密过滤机。
优选的，该系统还包括第二固液分离单元，用于对处理后的发酵清液进行第二固液分离，得到含盐发酵废液和吸附剂废弃物；以及吸附剂再生单元，用于对所述吸附剂废弃物进行再生处理。
优选的，所述吸附剂再生单元包括高温加热区和脱盐区，用于对所述固体颗粒进行加热和脱盐处理，以对所述吸附剂进行再生。
优选的，该系统还包括聚羟基脂肪酸酯发酵单元，其与吸附单元或第二固液分离单元连接，用于利用处理后的发酵清液或含盐发酵废液进行聚羟基脂肪酸酯的发酵。其中，所述发酵清液或含盐发酵废液作为聚羟基脂肪酸酯发酵培养基的至少部分配液水。
优选的，该系统还包括聚羟基脂肪酸酯提取单元，所述聚羟基脂肪酸酯提取单元包括菌体破碎区和PHA分离区。
其中，所述PHA分离区中设置有板框过滤机，所述板框过滤机中的滤布预涂覆有聚羟基脂肪酸酯层。
优选的，所述聚羟基脂肪酸酯层的厚度为1-30mm。
优选的，预涂覆所述聚羟基脂肪酸酯层后的滤布的孔径优选为1-25μm，优选为2-10μm。
优选的，PHA分离区还设置有除杂区，以对所述破壁产物进行预除杂。所述除杂区优选设置有碟片式离心分离机。
优选的，所述菌体破碎区还设置有破壁剂供给设备和/或加压加热设备，以使菌体在破壁剂或高温高压的存在下进行破壁。
所述聚羟基脂肪酸酯提取单元还包括设置在所述菌体破碎区上游的水洗区，以在对所述菌体沉淀进行破碎前进行水洗除杂。
优选的，所述聚羟基脂肪酸酯提取单元还包括干燥区，以对分离得到的聚羟基脂肪酸酯进行干燥。所述干燥区可以设置有喷雾干燥机。
优选的，该系统还包括PHA的发酵单元，并与吸附单元相连，用于接收吸附单元处理后的发酵清液用于PHA发酵培养基的配制。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中：
碟片式离心机购自南京华盛分离机械技术有限公司，型号DR203；
带式真空过滤机购自湖州核工惠能环保过滤科技有限公司，型号DY-500；
板框过滤机购自海宁市云飞过滤设备有限公司，型号YF-100-1；
聚羟基脂肪酸酯购自蓝晶生物科技有限公司，粒径1-50μm，用于涂覆在板框过滤机的滤布上形成聚羟基脂肪酸酯层；
PHA的回收率和纯度的检测方法参考文献(Engineering self-flocculatin gHalomonas campaniensis for wastewaterless open and continuous ferment ation[J],Biotechnology and Bioengineering,2019,116:805-815)；
发酵液中盐单胞菌生物量以OD600值表示；
吸附剂活性碳和碳柱，购于江苏竹溪活性炭有限公司；
吸附剂硅藻土，购于吉林远通矿业有限公司；
吸附剂铝矾土，购于灵寿县巨石矿产品加工厂。
发酵菌种
盐单胞菌(Halomonas sp.)TD01，其保藏编号为CGMCC NO.4353(CN201010578858.8)。
种子培养基
5g/L的酵母粉、10g/L的蛋白胨以及60g/L的氯化钠。
初始发酵培养基
氯化钠50g/L，葡萄糖50g/L，玉米浆粉15g/L，尿素2g/L，硫酸镁0.2g/L，磷酸二氢钾5g/L，微量元素母液I10mL/L，微量元素母液II 3mL/L。所述微量元素母液I和II，参照引用专利CN201010578858.8。
补料培养基
葡萄糖浓度600g/L，玉米浆粉40g/L。
发酵液的制备
本制备例用于说明聚羟基脂肪酸酯发酵液的制备
将盐单胞菌接种于种子培养基中在37℃和200rpm的条件下进行一级活化培养，培养至OD600达到4左右，得到一级种子液；
将所述一级种子液以10体积％的接种量接种于种子培养基中，在37℃和200rpm的条件下进行二级活化培养，培养至OD600达到4左右，得到二级种子液，得到发酵种子液。
然后将10体积％的接种量将二级种子液接入到初始发酵培养基中，发酵体系不灭菌直接发酵。控制温度37℃，转速控制600-1000rpm，通风量0.5-2.0vvm，初始溶氧控制在30％以上；发酵过程中通过补料控制糖浓度在5-20g/L之间，用NaOH控制发酵pH为8-9之间，发酵48小时。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(进入提取罐)和发酵残液顶流(固含量7重量％)，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的发酵残液顶流泵入高效精密过滤机，对顶流中残留的菌体进行再一次过滤，过滤后的菌体进入步骤(1)的提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液(固含量5重量％)暂存罐进行下一步处理。
(3)将发酵残液暂存罐的发酵清液泵入吸附分离罐，向吸附分离罐中投加碳柱，相对于1L的发酵清液，所述吸附剂的用量为15g。所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为20℃，所述吸附的时间为40min，所述搅拌的速度为120rpm。吸附结束后，在搅拌的同时将吸附分离罐中物料泵入板框分离机(20℃，0.25MPa，2.5h)，滤出其中的固体，所得到的澄清液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(4)将步骤(3)中的板框分离机排出的滤饼送入高温再生炉，通过高温处理，使吸附在吸附剂上的有机物通过挥发或分解而得到脱除；然后通过高温处理脱除了有机物而得到部分再生的吸附剂经冷却降温后，送入水洗罐进行水洗脱盐；水洗罐中脱盐后的物料通过板框分离机进行固液分离，分离得到的固体吸附剂用于下一次吸附分离。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(进入提取罐)和发酵残液顶流(固含量10重量％)，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的发酵残液顶流泵入高效精密过滤机，对顶流中残留的菌体进行再一次过滤，过滤后的菌体进入步骤(1)的提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液(固含量8重量％)暂存罐进行下一步处理。
(3)将发酵残液暂存罐的发酵清液泵入吸附分离罐，向吸附分离罐中投加碳柱，相对于1L的发酵清液，所述吸附剂的用量为40g。所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为15℃，所述吸附的时间为60min，所述搅拌的速度为100rpm。吸附结束后，在搅拌的同时将吸附分离罐中物料泵入板框分离机(15℃，0.3MPa，3h)，滤出其中的固体颗粒，所得到的澄清液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(4)将步骤(3)中的板框分离机排出的滤饼送入高温再生炉，通过高温处理，使吸附在吸附剂上的有机物通过挥发或分解而得到脱除；然后通过高温处理脱除了有机物而得到部分再生的吸附剂经冷却降温后，送入水洗罐进行水洗脱盐；水洗罐中脱盐后的物料通过板框分离机进行固液分离，分离得到的固体吸附剂用于下一次吸附分离。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(进入提取罐)和发酵残液顶流(固含量15重量％)，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的发酵残液顶流泵入高效精密过滤机，对顶流中残留的菌体进行再一次过滤，过滤后的菌体进入步骤(1)的提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液(固含量10重量％)暂存罐进行下一步处理。
(3)将发酵残液暂存罐的发酵清液泵入吸附分离罐，向吸附分离罐中投加碳柱，相对于1L的发酵清液，所述吸附剂的用量为10g。所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为25℃，所述吸附的时间为20min，所述搅拌的速度为150rpm。吸附结束后，在搅拌的同时将吸附分离罐中物料泵入板框分离机(25℃，0.2MPa，2h)，滤出其中的固体颗粒，所得到的澄清液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(4)将步骤(3)中的板框分离机排出的滤饼送入高温再生炉，通过高温处理，使吸附在吸附剂上的有机物通过挥发或分解而得到脱除；然后通过高温处理脱除了有机物而得到部分再生的吸附剂经冷却降温后，送入水洗罐进行水洗脱盐；水洗罐中脱盐后的物料通过板框分离机进行固液分离，分离得到的固体吸附剂用于下一次吸附分离。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(进入提取罐)和发酵残液顶流(固含量15重量％)，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的发酵残液顶流泵入高效精密过滤机，对顶流中残留的菌体进行再一次过滤，过滤后的菌体进入步骤(1)的提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液(固含量10重量％)暂存罐进行下一步处理。
(3)将发酵残液暂存罐的发酵清液泵入吸附分离罐，向吸附分离罐中投加硅藻土，相对于1L的发酵清液，所述吸附剂的用量为18g。所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为40℃，所述吸附的时间为10min，所述搅拌的速度为150rpm。吸附结束后，在搅拌的同时将吸附分离罐中物料泵入板框分离机(40℃，0.1MPa，1h)，滤出其中的固体颗粒，所得到的澄清液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(4)将步骤(3)中的板框分离机排出的滤饼送入高温再生炉，通过高温处理，使吸附在吸附剂上的有机物通过挥发或分解而得到脱除；然后通过高温处理脱除了有机物而得到部分再生的吸附剂经冷却降温后，送入水洗罐进行水洗脱盐；水洗罐中脱盐后的物料通过板框分离机进行固液分离，分离得到的固体吸附剂用于下一次吸附分离。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
(1)将制备例制备的聚羟基脂肪酸酯发酵液通过碟片式离心机进行离心分离，将发酵液分成富含发酵菌体的底流(进入提取罐)和发酵残液顶流(固含量5重量％)，所述发酵残液顶流进入发酵残液暂存罐进行下一步处理。
(2)将步骤(1)得到的发酵残液顶流泵入高效精密过滤机，对顶流中残留的菌体进行再一次过滤，过滤后的菌体进入步骤(1)的提取罐待下一步处理，滤液进入发酵残液(固含量3重量％)暂存罐进行下一步处理。
(3)将发酵残液暂存罐的发酵清液泵入吸附分离罐，向吸附分离罐中投加铝矾土，相对于1L的发酵清液，所述吸附剂的用量为60g。所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为10℃，所述吸附的时间为60min，所述搅拌的速度为50rpm。吸附结束后，在搅拌的同时将吸附分离罐中物料泵入板框分离机(10℃，0.5MPa，4h)，滤出其中的固体颗粒，所得到的澄清液进入储罐，用于下一次发酵的配料。
(4)将步骤(3)中的板框分离机排出的滤饼送入高温再生炉，通过高温处理，使吸附在吸附剂上的有机物通过挥发或分解而得到脱除；然后通过高温处理脱除了有机物而得到部分再生的吸附剂经冷却降温后，送入水洗罐进行水洗脱盐；水洗罐中脱盐后的物料通过板框分离机进行固液分离，分离得到的固体吸附剂用于下一次吸附分离。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
按照实施例1的方法进行聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理，不同的是，步骤(3)中，将板框过滤机过滤替换为使用带式真空过滤机进行过滤。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
按照实施例1的方法进行聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理，不同的是，步骤(1)中，使用板框过滤机进行过滤，步骤(2)中使用碟片式离心机进行离心分离。
实施例8
本实施例用于说明本发明提供的聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法
按照实施例1的方法进行聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理，不同的是，步骤(4)中，将碳柱替换为等量的活性碳颗粒和碳柱的混合吸附剂，其中，活性碳颗粒和碳柱的用量比为1:1。
测试例1
本测试例用于说明采用现有技术的PHA的提取
按照文章Engineering self-flocculating Halomonas campaniensis forwastewaterless open and continuous fermentation，Biotechnology andBioengineering[J].2019；116:805-815公开的方法对制备的发酵液进行PHA的提取，并计算最终PHA的回收率和纯度，结果如表1所示。
测试例2
本测试例用于说明优选的PHA提取方法
(1)将实施例2步骤(2)提取罐内的菌体沉淀进行水洗2次、离心分离，去除其中的杂质。
(2)向步骤(1)所述的提取罐中加入酸碱调节剂调节pH至7.5，然后在温度120℃、压力0.15MPa、转速100rpm下搅拌并蒸煮2小时，进行破壁。
(3)将步骤(2)中破壁后的含PHA混合液泵入碟片式离心分离机，分离的条件使得从上部顶流中分离出菌体壁等杂质，富含PHA的下部沉淀继续返回到提取罐中进行反复水洗3次。
(4)将步骤(3)中分离出菌体壁后的PHA混合流泵入板框过滤机进行固液分离，分离条件温度为30℃，压力为0.6MPa，时间为4小时，分离出其中的PHA固体颗粒。其中，板框过滤机的滤布上涂覆有聚羟基脂肪酸酯层，厚度为10mm，涂覆所述聚羟基脂肪酸酯层的滤布的孔径为3μm。
(5)步骤(4)中板框分离出来的固体PHA进行喷雾干燥，获得PHA干粉，回收率和纯度如表1所示。
表1
实施例编号 回收率(％) 纯度(％)
测试例1 79 90
测试例2 86 93
通过表1的结果可以看出，相比于现有技术，本发明采用板框过滤，并且在所述板框过滤的滤布上预涂覆有PHA层，且结合优选的提取方法，能够提高PHA回收率高，且所得PHA产品纯度高。
测试例3-1至3-9
分别使用实施例1-8步骤(3)分离得到的澄清液用于发酵培养基的配制，并补充适当的无机盐使得配制的发酵培养基与初始发酵培养基相同，同时以初始发酵培养基作为对照。然后按照“发酵液的制备”的方法进行聚羟基脂肪酸酯的发酵液的制备，并按照测试例2的方法分别对发酵液中PHA的提取进行提取，记录发酵液中生物量、PHA的回收率以及相对于利用初始发酵培养基，利用实施例1-8清液作为配液水的培养基进行PHA发酵对于PHA生产成本的降低效果，结果见表2。
表2
对应的澄清液 生物量OD<sub>600</sub> 成本降低百分比％ PHA的回收率(％)
测试例3-1 实施例1 480 29 86
测试例3-2 实施例2 460 22 84
测试例3-3 实施例3 470 26 85
测试例3-4 实施例4 440 18 83
测试例3-5 实施例5 400 21 81
测试例3-6 实施例6 440 17 83
测试例3-7 实施例7 420 16 82
测试例3-8 实施例8 500 30 87
测试例3-9 初始发酵培养基 500 -- 86
由此可见，本发明的方法在不显著影响PHA发酵效率的情况下，能够显著降低生产成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理方法，其特征在于，该方法包括：将聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到发酵清液；然后向所述发酵清液中加入吸附剂，以对其中的杂质进行吸附处理，得到处理后的发酵清液；
其中，该方法还包括将处理后的发酵清液进行板框过滤，得到含盐发酵废液和吸附剂废弃物，并将所述含盐发酵废液循环至聚羟基脂肪酸酯的发酵阶段使用；
其中，所述第一固液分离包括一次固液分离和二次固液分离；所述发酵清液为二次固液分离后所得液相；
其中，所述一次固液分离使用碟片式离心机，所述二次固液分离使用带式真空过滤机或高效精密过滤机；
其中，所述吸附剂为碳柱和活性炭。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于1L的所述发酵清液，所述吸附剂的用量为2-200g。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述吸附在搅拌的条件下进行，所述吸附的温度为0-40℃，所述吸附的时间为5-120min，所述搅拌的速度为50-1000rpm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法还包括将所述吸附剂废弃物进行再生处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述板框过滤的条件包括：温度为0-40℃，压力为0.1-0.6MPa，时间为0.5-5小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一固液分离的条件使得所述发酵清液的固含量为5-15重量%。
7.权利要求1-6中任意一项所述的处理方法得到的处理后的含盐发酵废液在PHA发酵中的应用。
8.一种聚羟基脂肪酸酯发酵液的处理系统，其特征在于，该系统包括：
第一固液分离单元，用于对聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行固液分离，得到发酵清液；
吸附单元，用于接收所述发酵清液，并与吸附剂混合，以对所述发酵清液中的杂质进行吸附处理，得到处理后的发酵清液；其中，所述吸附剂为碳柱和活性炭；
第二固液分离单元，其内设置有板框过滤机，用于对处理后的发酵清液进行第二固液分离，得到含盐发酵废液和吸附剂废弃物；
以及吸附剂再生单元，用于对所述吸附剂废弃物进行再生处理；
其中，所述第一固液分离单元包括第一固液分离区，用于对所述聚羟基脂肪酸酯的发酵液进行第一固液分离，得到第一发酵清液；和第二固液分离区，用于对第一发酵清液进行第二固液分离，得到所述发酵清液；
其中，所述第一固液分离区中设置有碟片式离心机，所述第二固液分离区中设置有带式真空过滤机或高效精密过滤机；
其中，该系统还包括聚羟基脂肪酸酯发酵单元，其与第二固液分离单元连接，用于利用所述含盐发酵废液进行聚羟基脂肪酸酯的发酵。
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