聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的降解菌株筛选及降解性研究

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不可降解材料大量使用,废弃之后却不能被自然环境净化,造成了严重的环境问题,给人类带来了灾难。在如此严峻形势之下,生物降解材料应时而生,该材料能在废弃后,在自然环境中被环境微生物在尽可能短的时间内完全分解,最终无机化成为H2O和CO2,以无毒、无害的形式重新回归大自然。目前已经开发并实现工业化的可完全生物降解材料有聚-β-羟基丁酸酯(PHB)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等,而PBS凭借其优越的特性在包装材料、农用地膜、医用等领域具有良好的应用,被国家科技部写入“十一五”规划,大力推动发展。PBS降解材料的先期研究主要针对材料的合成与制备,如今实现大规模的工业化生产之后,该材料的实际降解性评价急需完善。本研究是从自然环境中分离筛选出可降解PBS材料的降解菌株,并进行液体降解的评价和PBS颗粒降解前后性能变化的考察;接着研究PBS颗粒降解的相关影响因素,比较不同环境下PBS颗粒的降解效果;最后研究以混菌降解培养来提高PBS颗粒降解率的可行性。课题的主要研究结果如下:1.以唯一碳源为筛子通过驯化培养等手段得到一株以PBS材料为唯一碳源生长的降解菌株HX01,通过16SrDNA鉴定,初步确定为红球菌(Rhodococcus sp.)。2.通过失重法,以菌株HX01的液体降解来评价PBS颗粒的降解性能,测得15天PBS颗粒的降解率为7.3%。观察发现通过降解培养PBS颗粒表面由白色变为乳黄色;扫描电镜下观察,PBS颗粒表面形成均匀孔洞,为菌株HX01降解破坏所为。3.对菌株HX01的降解条件进行摸索,确定菌株HX01的最适PBS添加量为15 g/L(50 mL /250 mL体系),最适温度为30°C,最适初始pH值为8.0。在此条件下降解培养14天,PBS颗粒的降解率为13.7%。4.在降解培养基基础上,分别添加100 mg/L的葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、丁二酸,PBS颗粒的降解率下降;分别添加100 mg/L丁二醇、乙酸丁酯,促进PBS颗粒降解;不同离子形式氮源的添加对PBS降解率效果相同。5.研究PBS颗粒在不同降解环境体系中的降解效果,发现液体摇瓶降解的效果比较好,原因是PBS材料的降解需要充分的降解微生物和适宜的降解条件。6.以菌株HX01、S6单菌降解PBS颗粒为对照,将菌株HX01、S6同时添加,考察混菌培养降解PBS颗粒的效果,发现PBS颗粒的降解率在混菌下有所提高,7天降解率可达9%以上。
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