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1、第七章 生物可降解塑料的生产与应用,第一节 聚-羟基烷酸,普通塑料是以合成树脂为主的化学合成材料。难降解性 各国反应：限制使用某些塑料制品。由此，可降解塑料就成为研究的热点。,从中长期发展来看，可从源头解决“白色污染”问题的可生物降解塑料，将会越来越受到重视。,与传统的化学合成高分子材料相比，采用生物，特别是微生物合成的高聚物具有的特点如下：工艺方法简单；几乎无环境污染；产品具有生物可降解性和生物相容性；可进行结构调控。,在众多生物可降解材料中，采用生物发酵法生产的聚-羟基烷酸（PHAs）是应用环境生物学方面的一个研究热点。其中，聚-羟基丁酸（PHB）及3-羟基丁酸（3-HB）与3-羟基戊酸（
2、3-HV）的共聚物（PHBV）是研究和应用最广泛的两种多聚体。,一、PHAs的结构、物理化学性质和应用 PHAs碳源和能源的贮存物。,R为取代基：当R=甲基时，单体为-羟基丁酸（HB）；当R=乙基时，单体为-羟基戊酸（HB）；,所有的组成单位仅以R构型存在；多聚物的物理化学性质和机械性能（韧性、脆性、熔点等等）与单体的组成有极大的关系。PHBV中-羟基戊酸组分的增加可使熔点从180降低至75；,PHB的性质与聚丙烯（PP）很相似，它的工业化应用主要存在两个缺点：熔化稳定性较差 熔点175，分解温度200 解决办法：加入3-HV前体合成PHBV或 与其他共聚物混合。易发脆 解决办法：淬火处理,二
3、、PHAs的生物合成（一）主要微生物 能产生PHAs的微生物很多，包括光能和化能自养及异养菌。研究较多的有：产检杆菌属、固氮菌属、甲基营养菌、红螺菌属等。它们能分别利用不同的碳源产生不同的PHAs。,作为生产PHAs的商业用途菌株，应该具备：可利用廉价碳源 生长速度快 对底物转化率高 胞内聚合物含量高 聚合物分子量大,固氮菌和甲基营养菌废蜜糖和甲醇原料前者PHB产量低，后者PHB分子量小被淘汰。研究较多的：真养产碱杆菌&基因重组的大肠杆菌。提高对多种原料的利用能力和转化率、提高聚合物胞内含量以及改变细胞特性以利于提取等。,（二）合成途径及关键酶 合成原因：碳源过量，其他某种营养成分（N、P、K
4、、Mg、O或S）不足时，PHAs大量贮存。合成途径：以合成PHB为例 可分为三步合成途径和五步合成途径,三步合成途径,第一步：-酮硫裂解酶催化乙酰CoA生成乙酰乙酰CoA；第二步：乙酰乙酰CoA被还原成D-(-)-3-羟基丁酰CoA；第三步：PHB聚合酶催化合成PHB,五步合成途径,乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA还原酶 L（+）-3-羟丁酰CoA 烯酰基CoA水合酶 丁烯酰CoA 烯酰基CoA水合酶 D（-）-3-羟丁酰CoA,三、PHAs的生产工艺 PHAs只在细胞内积累，要实现其最大生产，必须做到：尽可能提高细胞密度 保证高的胞内积累量 缩短发酵周期以提高生产强度 两阶段控制：第一阶段：菌体生长；第二阶段：多聚物形成。,目前，在PHAs发酵中应用最多的是流加培养法 逐步添加营养物质。,目前，尚有几个关键问题有待解决：菌种对丙酸的转化率低；定向育种&基因工程 聚合物分子质量分布范围较宽，且不易控制；流加发酵技术 性能与化工合成塑料相比，尚有较大差距。聚合物分子设计、修饰和共混加工技术,
