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碱性PET分解菌的全细胞生物催化剂研究

王宏阳  
【摘要】:以生物催化为主要内容的工业生物技术已经成为生物技术的重要发展方向,在材料加工与产品制备方面开始发挥越来越重要的作用。当前,生物催化已经从以传统的小分子作为底物的研究,扩展到能够以高聚物作为底物的生物转化。生物加工已经开始成为高聚物功能化和高性能化的重要途径。PET是公认的难以生物降解的高聚物,如何实现PET材料的生物加工,长时间来一直是难以解决的问题。本课题用能以PET为唯一碳源进行生长的PET分解菌为出发菌株,考察了全细胞生物催化条件下PET生物分解产物的形成与被利用的过程,分析了作为底物的PET超微颗粒的粒径结构对其生物分解性能的影响,并应用进化工程的方法进行了耐碱PET分解菌的选育。与直接使用酶制剂不同,全细胞生物催化过程中PET底物的中间产物种类多,而且由于菌株、胞外酶和底物三者之间的相互作用导致了生物量和产物浓度呈现波浪型变化。研究发现,全细胞生物催化可以避免酶制剂催化过程中出现的含有酯键中间产物对酶的抑制作用。实验结果显示,全细胞处理PET颗粒并没有改变其晶型微结构,但可以提高PET表面的结晶度。分别以不同粒径的PET颗粒作为唯一碳源培养菌种,研究尺寸结构对底物生物反应性影响。结果表明粒径小的粉末作为底物时,无论是对数期的生长速率,还是稳定期的最大生物量,都远大于粒径较大的底物。经过菌株的长期处理,小粒径的PET颗粒结晶度提高较为明显;PET颗粒粒径集中于较窄的分布范围,说明酶分子作用于底物表面使得PET尺寸减小。以实验室已有睾丸酮丛毛单胞菌F4为出发菌,用进化工程的方法进行了耐碱PET分解菌的选育,得到PET分解菌碱性耐受株。进化株能够在pH为12的培养条件下生长。耐碱性菌株对PET薄膜有较为明显的刻蚀痕迹,并且表面元素发生一定变化。


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