温和酸碱消化条件下优化Cupriavidus necator PHB回收：绿色工艺突破与聚合物特性研究

本文通过响应面法（RSM）优化了温和酸碱消化条件（NaOH/H2SO4）从Cupriavidus necator中回收聚羟基丁酸酯（PHB）的工艺，在低浓度、短时间和中等温度下实现高回收率（最高100%）与高纯度（>97%），并通过FTIR、NMR等技术证实聚合物结构完整性，为生物可降解塑料的低成本绿色规模化生产提供了新策略。

　　

¹ Highlights

本研究通过响应面法（RSM）优化了温和酸碱消化条件，实现了从Cupriavidus necator中高效回收聚羟基丁酸酯（PHB）。酸性消化（0.5 M H₂SO₄，2小时）获得约92%回收率和60%纯度，而碱性消化（0.02 M NaOH，1小时，55°C）达到约82%回收率和75%纯度。值得注意的是，对于高PHB含量（>65 wt%）的菌株，相同温和碱性条件可实现完全回收（100%）和>97%纯度，且该方案对Zobellella denitrificans同样有效。与氯仿提取法（约41%回收率，约69%纯度）相比，本方法在提升回收效率的同时显著降低了环境负荷。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、魔角旋转核磁共振（¹H/¹³C MAS NMR）、凝胶渗透色谱（GPC）和热重-差示扫描量热（TG-DSC）等分析证实，回收的PHB聚合物未出现明显降解，凸显了其在生物医学和包装领域的应用潜力。

² Conclusions

本研究证实了优化后的H₂SO₄和NaOH消化法可作为环境友好、经济高效的PHB回收策略。碱性消化条件对不同PHB生产菌株（如Z. denitrificans）表现出良好普适性。尽管温和酸性条件在未升高温度或生物量负载时纯度有限，但碱性消化在温和条件下对高PHB含量生物质实现了极高纯度（>97%）的回收，为生物聚合物下游加工提供了更具可持续性和可扩展性的解决方案。