生物合成PHA培训资料

生物合成PHA..回收与降解回收与降解

回收再生技术是解决塑料污染的有效措施，而对于占塑料制品总量10％的大量的难以回收或不可回收的塑料废弃物，使用生物可降解塑料则更为有利。因此，开发自然环境下可降解的绿色塑料受到了世界各国政府、科研机构及产业界的广泛关注。（二）、概述一、天然高分子型生物降解塑料天然淀粉复合材料：添加增塑剂造粒得到。可生产包装材料、农膜、地膜、垃圾袋等；纤维素：与预胶凝淀粉、环氧化合物、二羧酸酸酐共混得到，可生产瓶子、一次性容器和地膜；壳聚糖和纤维素复合材料：具有良好的强度和抗水性，可用作包装膜、地膜、托盘；聚羟基脂肪酸类：具有良好的机械性能与相容性，常用作包装材料与生物医用材料二、PHA的特点“可再生”：原料来源可再生。“可降解”：使用后容易被环境中的微生物降解。“种类多”：目前各个种类的可降解塑料中，PHA有100多种以上的单体。（三）、国内外PHA的历史1962年，Marchessault等对PHA链段构象和旋光性进行研究二十世纪七十年代英国ICI公司开发成功生物法PHA，并形成年产量在1000吨的生产规模。美国Monsanto公司旗下的metaboIix公司开发了以水解糖为原料制备的PHA－“BioPoI”的新技术；我国在八十年代末九十年代初大力支持了PHA的开发与研究

（四）、PHA的结构、物理化学性质和应用多种微生物在一定条件下能在胞内积累PHA作为碳源和能源的贮存物，PHA的通式可写成：单体数目7一、PHA的分子结构

其中，m=1，2或3，n为单体数目，R代表侧链，多为C1～C13的不同链长的正烷基，也可以是支链，不饱和的或带取代基的烷基。

二、聚合物命名（根据单体的碳原子数）短链PHA：单体由3——5个碳原子组成，中长链PHA：单体由6——16个碳原子组成，9PHB是高度结晶的晶体，结晶度的范围在55－80%，其在物理性质甚至分子结构上与聚丙烯(PP)很相似，例如熔点、玻璃态温度、结晶度、抗张强度等，而比重大、透氧率低和抗紫外线照射以及具有光学活性、阻湿性等则是PHB的优点，见表7-2-1。三、PHA的结构、物理化学性质1011四、PHA典型性能性质数值熔融温度．℃l60一172相对密度1.23一1.25分子量Mnkg／mol22—400重均分子量．kg／mol360玻璃化温度℃15结晶度约80％拉伸模量，GPa3.5弯曲模量，GPa4.0拉伸强度．MPa40断裂伸长率，％6PHB较脆和发硬，但可通过与适量HV共聚而补偿。随着PHBV中HV组分的增加，聚合物的劲度降低而韧性增加，且共聚物的熔点随着HV组分的增加而降低，使得较易对其进行热加工处理。单体4HB的聚合物或3HB与4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)则是高弹体，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更快。五、PHA的结构、物理化学性质-续HV-β--羟基戊酸HB-β--羟基丁酸13六、PHA的应用shampoobottlesbicyclehelmet

14PHA的应用PHA的应用环境友好的包装材料生物医用植入材料可控药物载体生物柴油药物或手性合成中间体高强度的纤维（五）、PHA的生物合成合成PHA的主要微生物合成PHA的主要基质PHA的代谢途径与调控（一）合成PHA的主要微生物目前研究的较多的微生物：产碱杆菌属(Alcaligeneseurophus,现在更名为Ralstoniaeutropha)假单胞菌属(Pseudonomas)甲基营养菌(Methylotrophs)固氮菌属(Azotobacter)红螺菌属(Rhodospirilum)（二）、合成PHA的主要基质(1)、糖质碳源葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等。(2)、甲醇甲醇是最便宜的基质之一，ICI拥有生产甲醇单细胞蛋白的技术经验，曾考虑用甲醇作基质生产PHB。甲醇菌积累PHB含量不高，PHB回收成本大，PHB的分子量较小。（3）、气体H2/CO2/O2真养产碱杆菌等一些爆鸣气细菌能利用H2/CO2/O2产生PHB，其中H2作为能源，CO2是碳源。以H2作为基质按其价格和产率而言,在经济上是划算的，且H2又是一种干净的可再生资源。可以同时解决两个严重的环境污染问题：温室效应及废弃的非降解塑料对生态环境的危害。安全性问题：解决混合气体爆鸣的安全问题和气体的循环利用问题。控制基质气相中氧的浓度低于气体爆炸的下限(6.9%)是安全的。（4）、烷烃及其衍生物假单胞菌能利用中等链长的烷烃或其衍生物醇、酸等产生中等链长羟基烷酸的共聚物(PHAMCL)，共聚物中单体的组成与基质碳架的长度有关。以辛烷作基质连续培养食油假单胞菌(P.oleovorans)，稳定态细胞浓度11.6g/l，PHA的生产强度为0.58g/L·h，三、PHA的发酵生产PHA实现大规模工业化生产的主要障碍是生产成本。英国帝国化学公司(ICI)认为影响PHA生产成本的主要因素有菌种原料操作方式提取方法四、降低PHA的生产成本主要措施(1)采用廉价基质(如CO2、H2和O2，甲醇，乙醇，葡萄糖及来自农业废物的有机酸等)和提高产物对基质的产率系数，降低发酵原材料的成本；(2)提高生产强度(如选育高产菌株、采用合适的发酵生产方式等)，以降低操作成本；(3)改进提取、纯化技术(如不采用价格昂贵的有机溶剂、简化操作等)，以降低提取成本。

（六）、PHA工业化生产中的问题

限制PHA广泛应用的主要因素是生产成本较高和材料性能不能完全满足实际需要两个方面。要解决找到较低底物特异性的PHA聚合酶。一般菌种只能合成短链PHA或者是中长链PHA的一种，只有PHA聚合酶能够同时识别并且聚合短链和中长链中的3HA-CoA,极少数菌种能够合成短链中长链PHA共聚物。（七）、PHA的发展前景

近十多年来关于PHA的研究给我们提供了PHA合成、降解过程中代谢和调节的丰富知识。已经阐明了许多条提供PHA前提的代谢途径，还会有进一步这一方面的发展一、未来发展的重大突破可能方向随着各界对生物材料基础的研究，应用研究和产业化投入的不断增加，在学术上和产业上将不断进步。然而现阶段PHA等环境友好材料属于新兴的材料产业，还不能与大量生产的以石油工业为基础的塑料材料进行直接竞争。应当通过整合国内研发和产业化力量，引进外企，进而形成产业链。二、PHA产业化重大突破的研发领域