廢物資源化生物可降解塑料匯編

1、廢物資源化生物可降解塑料匯編2021-12-72生物可降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用生物可降解塑料的生產(chǎn)和應(yīng)用第1頁(yè)/共67頁(yè)3一、 塑料廢物污染和可降解塑料 二十世紀(jì)七十年代以來(lái)塑料工業(yè)得到迅猛的發(fā)展，無(wú)論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)，還是人們的日常生活無(wú)不與塑料密切相關(guān)。 化學(xué)合成塑料在自然環(huán)境中很難分解，亦不會(huì)被腐蝕，燃燒處理又會(huì)產(chǎn)生有害氣體，塑料垃圾對(duì)環(huán)境造成了巨大的危害。第2頁(yè)/共67頁(yè)4普通塑料對(duì)環(huán)境污染的特點(diǎn)(1)污染范圍廣(2)污染物增長(zhǎng)量快。 全世界每年對(duì)塑料的需求量為1億噸。 美國(guó)專家估計(jì)每10年產(chǎn)量將增加1倍。 1995年我國(guó)的塑料需求量為600萬(wàn)噸，其中對(duì)環(huán)境有威脅的地膜為88萬(wàn)噸，包裝

2、用品為150-200萬(wàn)噸。 美國(guó)、日本的塑料垃圾占垃圾總量的7%。第3頁(yè)/共67頁(yè)5普通塑料對(duì)環(huán)境污染的特點(diǎn)(3) 處理難。塑料具有耐酸堿、抗氧化、難腐蝕、難降解的特性，埋地處理百年不爛；燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有毒氣體，如HCl、SOx、CO等。第4頁(yè)/共67頁(yè)6普通塑料對(duì)環(huán)境污染的特點(diǎn)(4)回收利用難。塑料制品種類多，填料、顏料多樣，難以分揀回收再利用。(5)生態(tài)環(huán)境危害大。地膜降低耕地質(zhì)量，農(nóng)作物植株矮小，抗病力差。第5頁(yè)/共67頁(yè)7 研究和開(kāi)發(fā)生物可降解塑料已迫在眉捷 用可生物降解塑料代替部分石油化工合成塑料，禁用某些塑料制品 如意大利已立法規(guī)定自1991年起所有包裝用塑料都必須生物可降解，我國(guó)

3、也已開(kāi)始考慮禁用塑料方便餐盒等不可降解的塑料制品。生物可降解塑料第6頁(yè)/共67頁(yè)8國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)的生物可降解塑料PCL-聚已內(nèi)酰胺;PVA-聚乙烯醇;PE-聚乙烯第7頁(yè)/共67頁(yè)9生物可降解塑料的特點(diǎn) 工藝簡(jiǎn)單 生產(chǎn)過(guò)程污染輕 生物可降解性和生物可相容性 可進(jìn)行高分子材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整：控制營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境條件第8頁(yè)/共67頁(yè)10二、PHAs的生物合成與應(yīng)用 采 用 微 生 物 發(fā) 酵 法 生 產(chǎn) 的 聚 - - 羥 基 烷 酸 ( 簡(jiǎn) 稱PHAs)，成為應(yīng)用環(huán)境生物學(xué)方面的一個(gè)研究的熱點(diǎn) 聚-羥基丁酸PHB 3-羥基丁酸與3-羥基戊酸的共聚物P(3HB-co-3HV)或PHBV第9頁(yè)/共67頁(yè)11 PHA

4、s除具有高分子化合物的基本特性，如質(zhì)輕、彈性、可塑性、耐磨性、抗射線等外，還具有生物可降解性和生物可相容性。PHAs100年個(gè)月合成塑料PHAs香波瓶原原料料降降解解第10頁(yè)/共67頁(yè)12（一）PHAs的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用 多種微生物在一定條件下能在胞內(nèi)積累PHAs作為碳源和能源的貯存物。 由于PHAs具有低溶解性和高分子量，它在胞內(nèi)的積累不會(huì)引起滲透壓的增加，是理想的胞內(nèi)貯藏物，比糖原、多聚磷酸或脂肪更加普遍地存在于微生物中。 PHAs的通式可寫(xiě)成：2_ _ _ _ _RC_On_ _OCH CH單體數(shù)目第11頁(yè)/共67頁(yè)13 R為甲基時(shí)，單體為-羥基丁酸(HB)； R為乙基時(shí)，單體為

5、-羥基戊酸(HV)； R為丙基時(shí)，單體為-羥基已酸(HC)； R為丁基時(shí)，單體為-羥基庚酸(HH)； R為戊基時(shí)，單體為-羥基辛酸(HO)； R為已基時(shí)，單體為-羥基壬酸(HN)； R為庚基時(shí)，單體為-羥基癸酸(HD)； R為辛基時(shí)，單體為-羥基十一酸(HUD)； R為壬基時(shí)，單體為-羥基十二酸(HDD)； nR多為不同鏈長(zhǎng)正烷基，也可以是支鏈的、不飽和的或帶取代基的烷基第12頁(yè)/共67頁(yè)14聚合物命名 R為甲基時(shí)，其聚合物為聚-羥基丁酸(PHB) R為乙基時(shí)，其聚合物為聚-羥基戊酸(PHV) 在一定條件下兩種或兩種以上的單體還能形成共聚物，其典型代表是3HB和3HV組成的共聚物P(3HB-c

6、o-3HV)。第13頁(yè)/共67頁(yè)15 每個(gè)PHAs顆粒含有數(shù)千條多聚體鏈。這些多聚物的物理化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能如韌度、脆性、溶點(diǎn)、玻璃態(tài)溫度和抗溶劑性等與單體的組成有極大的關(guān)系。 例如PHBV共聚物中羥基戊酸組分的增加可使熔點(diǎn)從180(PHB均聚物)降至75(PHBV共聚物中HV組分的摩爾分?jǐn)?shù)為3040%) 。PHAs的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)第14頁(yè)/共67頁(yè)16 大多數(shù)有關(guān)細(xì)菌PHAs的物化性質(zhì)的研究是針對(duì)PHB和PHBV兩種聚合物進(jìn)行的。 PHB是高度結(jié)晶的晶體，結(jié)晶度的范圍在5580%，其在物理性質(zhì)甚至分子結(jié)構(gòu)上與聚丙烯(PP)很相似，例如熔點(diǎn)、玻璃態(tài)溫度、結(jié)晶度、抗張強(qiáng)度等，而比重大、透氧率

7、低和抗紫外線照射以及具有光學(xué)活性、阻濕性等則是PHB的優(yōu)點(diǎn)。PHAs的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)-續(xù)第15頁(yè)/共67頁(yè)17第16頁(yè)/共67頁(yè)18 PHB較脆和發(fā)硬，但可通過(guò)與適量HV共聚而補(bǔ)償。 隨著PHBV中HV組分的增加，聚合物的勁度降低而韌性增加，且共聚物的熔點(diǎn)隨著HV組分的增加而降低，使得較易對(duì)其進(jìn)行熱加工處理。 單體4HB的聚合物或3HB與4HB的共聚物P(3HB-co-4HB)則是高彈體，且其生物降解的速度比均聚PHB或PHBV更快。PHAs的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)-續(xù)HV -羥基戊酸HB -羥基丁酸第17頁(yè)/共67頁(yè)19PHB的工業(yè)化應(yīng)用主要存在兩個(gè)缺點(diǎn) PHB較差的熔化穩(wěn)定性，其分解溫度約

8、為200 ，該溫度與其熔點(diǎn)相近(約175 )； 可通過(guò)在發(fā)酵過(guò)程中加入3HV的前體合成PHBV共聚體或?qū)HB與其它多聚物相混合使用來(lái)解決； 在環(huán)境條件下貯存數(shù)日后，PHB易發(fā)脆。 PHB的老化問(wèn)題可通過(guò)簡(jiǎn)單的淬火處理來(lái)較大程度地解決。第18頁(yè)/共67頁(yè)20（二）PHAs的生物合成 合成PHAs的主要微生物 合成PHAs的主要基質(zhì) PHAs的代謝途徑與調(diào)控第19頁(yè)/共67頁(yè)21 能產(chǎn)生PHAs的微生物分布極廣，包括光能和化能自養(yǎng)及異養(yǎng)菌計(jì)65個(gè)屬中的近300種微生物。 目前研究的較多的微生物： 產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenes europhus, 現(xiàn)在更名為Ralstonia eutroph

9、a) 假單胞菌屬(Pseudonomas) 甲基營(yíng)養(yǎng)菌(Methylotrophs) 固氮菌屬(Azotobacter) 紅螺菌屬(Rhodospirilum)1.合成PHAs的主要微生物第20頁(yè)/共67頁(yè)22活性污泥中微生物產(chǎn)生的PHB第21頁(yè)/共67頁(yè)23表7-4 各種微生物利用不同碳源合成PHVs的情況及水平比較 第22頁(yè)/共67頁(yè)24 真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌(Ralstonia eutropha)為革蘭氏陰性的兼性化能自養(yǎng)型細(xì)菌 積累PHB可達(dá)細(xì)胞干重的90%以上 能利用糖加丙酸或戊酸產(chǎn)生P(3HB-co-3HV) 改變基質(zhì)該菌還能將4HB和5HV結(jié)合到3HB的結(jié)構(gòu)中去，形成4HB或5HV單體與

10、3HB的共聚物。 采用帶有真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌PHB合成基因的重組大腸桿菌(E.coli) 。工業(yè)化生產(chǎn)PHAs的微生物第23頁(yè)/共67頁(yè)25Ralstonia eutrophaR.eutropha第24頁(yè)/共67頁(yè)262.合成PHAs的主要基質(zhì)(1)、糖質(zhì)碳源葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等。(2)、甲醇 甲醇是最便宜的基質(zhì)之一，ICI擁有生產(chǎn)甲醇單細(xì)胞蛋白的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，曾考慮用甲醇作基質(zhì)生產(chǎn)PHB。甲醇菌積累PHB含量不高，PHB回收成本大，PHB的分子量較小。第25頁(yè)/共67頁(yè)27第26頁(yè)/共67頁(yè)28（3）、氣體H2/CO2/O2 真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌等一些爆鳴氣細(xì)菌能利用H2/CO2/O2產(chǎn)生PHB，其中H

11、2作為能源，CO2是碳源。 以H2作為基質(zhì)按其價(jià)格和產(chǎn)率而言(見(jiàn)表1)在經(jīng)濟(jì)上是劃算的，且H2又是一種干凈的可再生資源?？梢酝瑫r(shí)解決兩個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題：溫室效應(yīng)及廢棄的非降解塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害。 安全性問(wèn)題：解決混合氣體爆鳴的安全問(wèn)題和氣體的循環(huán)利用問(wèn)題?？刂苹|(zhì)氣相中氧的濃度低于氣體爆炸的下限(6.9%)是安全的。第27頁(yè)/共67頁(yè)29（4）、烷烴及其衍生物 假單胞菌能利用中等鏈長(zhǎng)的烷烴或其衍生物醇、酸等產(chǎn)生中等鏈長(zhǎng)羥基烷酸的共聚物(PHAMCL)，共聚物中單體的組成與基質(zhì)碳架的長(zhǎng)度有關(guān)。 以 辛 烷 作 基 質(zhì) 連 續(xù) 培 養(yǎng) 食 油 假 單 胞 菌 (P . oleovorans)

12、，穩(wěn)定態(tài)細(xì)胞濃度11.6g/l，PHA的生產(chǎn)強(qiáng)度為0.58g/Lh，第28頁(yè)/共67頁(yè)303. PHAs的代謝途徑與調(diào)控 PHAs的產(chǎn)生機(jī)理 微生物在碳源過(guò)量而其他營(yíng)養(yǎng)如氮、磷、鎂或氧不足時(shí)，積累大量PHAs作為碳源和能源的貯存物，或作為胞內(nèi)還原性物質(zhì)還原能力的一種儲(chǔ)備。 當(dāng)限制性營(yíng)養(yǎng)物再次被提供時(shí)，PHAs能被胞內(nèi)酶降解后作為碳源和能源利用。第29頁(yè)/共67頁(yè)31 胞中積累的PHAs存在形式 以單個(gè)粒子的形態(tài)存在，每個(gè)細(xì)胞含有的顆粒數(shù)量的大小隨微生物種類而不同，在Ralstonia eutropha中，每個(gè)細(xì)胞含有8-10個(gè)顆粒，每個(gè)顆粒直徑大小為0.2-0.5m； 以非晶體形式存在。具有高

13、度的折光性，顆粒外面包裹著一層膜，沒(méi)有生物膜那樣的典型雙層結(jié)構(gòu)，膜中含有PHAs合成酶的降解酶系統(tǒng)。第30頁(yè)/共67頁(yè)32Scanning electron microscope of PHB granules in Ralstonia eutropha第31頁(yè)/共67頁(yè)33補(bǔ)料分批培養(yǎng)45h收獲的菌體細(xì)胞的電鏡照相第32頁(yè)/共67頁(yè)34PHAs的代謝途徑的代謝途徑n 不同微生物合成PHAs的途徑不同，基質(zhì)不同其合成途徑也有差異。真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌及多數(shù)細(xì)菌從糖合成PHB；深紅紅螺菌從糖合成PHB；食油假單孢菌等從鏈烴、醇及酸合成具有與基質(zhì)鏈長(zhǎng)有關(guān)的HA單位的PHAs；一株產(chǎn)堿桿菌從長(zhǎng)鏈偶碳脂肪酸合

14、成PHB；銅綠假單孢菌等從糖質(zhì)碳源(如葡萄糖酸)合成具中鏈HA單位的P HAs；真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌等利用糖加丙酸合成PHBV。第33頁(yè)/共67頁(yè)35基因重組細(xì)菌 20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始將重組DNA技術(shù)應(yīng)用于生物合成PHB，來(lái)自于多種細(xì)菌的PHA生物合成酶PHA生物合成途徑的關(guān)鍵酶，已被在分子水平進(jìn)行了詳細(xì)的研究， PHA生物合成酶基因已被克隆成功。 3個(gè)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立地將真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌H16的PHB生物合成基因phbA、phbB和phbC克隆并在大腸桿菌中表達(dá)。第34頁(yè)/共67頁(yè)36（三）PHAs的發(fā)酵生產(chǎn) PHAs實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的主要障礙是生產(chǎn)成本。英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司(ICI)認(rèn)為影響PHAs生產(chǎn)

15、成本的主要因素有 菌種 原料 操作方式 提取方法第35頁(yè)/共67頁(yè)37因而降低PHAs的生產(chǎn)成本主要措施 (1)采用廉價(jià)基質(zhì)(如CO2、H2和O2，甲醇，乙醇，葡萄糖及來(lái)自農(nóng)業(yè)廢物的有機(jī)酸等)和提高產(chǎn)物對(duì)基質(zhì)的產(chǎn)率系數(shù)，降低發(fā)酵原材料的成本； (2)提高生產(chǎn)強(qiáng)度(如選育高產(chǎn)菌株、采用合適的發(fā)酵生產(chǎn)方式等)，以降低操作成本； (3)改進(jìn)提取、純化技術(shù)(如不采用價(jià)格昂貴的有機(jī)溶劑、簡(jiǎn)化操作等)，以降低提取成本。第36頁(yè)/共67頁(yè)38PHAs的流加發(fā)酵 在PHAs的生產(chǎn)中，通常采用分批發(fā)酵法和流加發(fā)酵法，有時(shí)用連續(xù)培養(yǎng)法來(lái)獲得高的生產(chǎn)強(qiáng)度。 由于Ralstonia eutropha只有在某種營(yíng)養(yǎng)成份

16、氮、磷或氧等缺乏而碳源過(guò)量的不平衡生長(zhǎng)條件下才能大量積累PHAs，一般可將發(fā)酵過(guò)程分成兩個(gè)階段來(lái)進(jìn)行控制： 第一階段為菌體細(xì)胞的形成階段，在此階段微生物利用基質(zhì)形成大量菌體，而多聚體PHAs的積累量很少； 第二階段為多聚體形成階段，當(dāng)培養(yǎng)基中某種營(yíng)養(yǎng)耗盡時(shí)，細(xì)胞進(jìn)入PHAs形成階段，在此階段PHAs大量形成而菌體細(xì)胞基本上不繁殖。第37頁(yè)/共67頁(yè)39 延長(zhǎng)細(xì)胞的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，從而可獲得較高的菌體濃度； 減少菌體細(xì)胞在生長(zhǎng)階段積累多聚體，也需通過(guò)流加法來(lái)控制培養(yǎng)液中氨離子濃度不小于200 mg/L，否則會(huì)降低共聚體的最終產(chǎn)率。 在多聚體形成階段，限制氮源能刺激細(xì)胞積累PHAs，但氮源的完全缺乏會(huì)

17、極大地?fù)p害微生物細(xì)胞的合成活性，所以將在PHAs合成階段以較低的速率限量流加氮源。PHAs的流加發(fā)酵第38頁(yè)/共67頁(yè)40（四）PHAs的提取技術(shù) 有機(jī)溶劑法 次氯酸鈉提取法 酶法 表面活性劑-次氯酸鈉法 其他方法第39頁(yè)/共67頁(yè)411. 有機(jī)溶劑法 對(duì)于由真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌(Ralstonia eutropha)生產(chǎn)PHB，研究初期通常采用的提取方法是有機(jī)溶劑法。包括 : 氯仿、二氯乙烷、1,1,2三氯乙烷、乙酸酐、碳酸乙烯酯及碳酸丙烯酯等。 原理：有機(jī)溶劑一方面能改變細(xì)胞壁和膜的通透性，另一方面能使PHB溶解到溶劑中，而非PHB的細(xì)胞物質(zhì)(NPCM)不能溶解，從而將PHB與其它物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。第

18、40頁(yè)/共67頁(yè)42有機(jī)溶劑提取PHB的過(guò)程示意圖第41頁(yè)/共67頁(yè)43(1)當(dāng)溶劑中含有超過(guò)5%(w/v)的PHB時(shí)，溶液變得很粘，要去掉細(xì)胞的殘余物就變得很困難；(2) 提取率難以達(dá)到很高；(3)使用大量的有機(jī)溶劑；(4)造成嚴(yán)重環(huán)境污染，操作不便。用有機(jī)溶劑提取PHB通常作為一種實(shí)驗(yàn)室方法。有機(jī)溶劑的方法的缺點(diǎn)第42頁(yè)/共67頁(yè)442 次氯酸鈉提取法 次氯酸鈉能夠破胞且對(duì)細(xì)胞中的非PHB的細(xì)胞物質(zhì)(NPCM)的消化很有效，因而用該方法破胞所得產(chǎn)品的純度較高、提取速度快，避免了有機(jī)溶劑提取過(guò)程中繁瑣的前、后處理工作。 但是PHB分子量只有原來(lái)的一半。第43頁(yè)/共67頁(yè)45圖 次氯酸鈉提取P

19、HB過(guò)程示意圖第44頁(yè)/共67頁(yè)46各種提取PHB的方法比較 第45頁(yè)/共67頁(yè)471.1.降解機(jī)制a a 胞內(nèi)降解 胞內(nèi)PHB的代謝是個(gè)循環(huán)過(guò)程。 圖中第四步到第七步是降解過(guò)程。首先(第四步)胞內(nèi)無(wú)定形PHB顆粒在解聚酶作用下降解，形成單體和二聚體的混合物。二聚體隨之在二聚體水解酶作用下形成單體。 （五）（五）PHAs的生物降解的生物降解 第46頁(yè)/共67頁(yè)48三羧酸循環(huán)檸檬酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酸3羥基丁酸CoA聚羥基丁酸乙酰CoA草酰乙酸3-酮硫解酶 羥基丁酸(PHB)乙酰乙酰CoA還原酶還原酶 羥基丁酸圖7-9 PHB的代謝過(guò)程第47頁(yè)/共67頁(yè)49b 胞外降解胞外降解 聚羥基丁酸(P

20、HB)的胞外降解有兩種機(jī)制， 在無(wú)菌條件下通過(guò)水解進(jìn)行。這種機(jī)制對(duì)于PHB在醫(yī)療方面的應(yīng)用(如作為藥物的緩適載體、手術(shù)縫線等)特別重要。 在自然環(huán)境中，是酶降解機(jī)制。許多細(xì)菌和真菌可分泌外解聚酶，有些甚至可以利用PHB作為唯一碳源生長(zhǎng)。第48頁(yè)/共67頁(yè)502. PHB在環(huán)境中的降解在環(huán)境中的降解 影響PHB降解速度的因素較多 包括環(huán)境類型：微生物種群及活力，水份，溫度 塑料制品性質(zhì)：厚度，表面組織形態(tài)，孔隙度，制品中的第二組分,如填充料、顏料 在自然環(huán)境中，能降解PHB的微生物包括細(xì)菌、放線菌、和霉菌等。 J.Mergaertd等在土壤中發(fā)現(xiàn)有295種微生物可降解PHB，包括105種革蘭氏陰

21、性菌，36種革蘭氏陽(yáng)性菌，68種放線菌和86種霉菌。第49頁(yè)/共67頁(yè)51表7-10PHB在環(huán)境中的降解第50頁(yè)/共67頁(yè)52(六) PHAs工業(yè)化和研究進(jìn)展1. 影響PHAs工業(yè)化的因素2. 國(guó)內(nèi)外研究PHAs的水平3. 研究進(jìn)展第51頁(yè)/共67頁(yè)531. 影響PHAs工業(yè)化的因素 PHAs早在20世紀(jì)60年代就已引起了人們的廣泛關(guān)注 在過(guò)去幾十年中，有數(shù)家公司一直在探索PHB工業(yè)生產(chǎn)的可能性。 1962，Baptist在美國(guó)申請(qǐng)了有關(guān)PHB生產(chǎn)的專利。 20世紀(jì)80年代初，ICI公司和奧地利生物技術(shù)有限公司等將微生物合成PHAs的研究推向試生產(chǎn)階段。第52頁(yè)/共67頁(yè)54 1982年，IC

22、I公司使用真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌突變株為生產(chǎn)菌種，以葡萄糖為惟一碳源，在35m3氣升環(huán)流反應(yīng)器及200m3機(jī)械攪拌反應(yīng)罐內(nèi)試生產(chǎn)PHB成功，并以葡萄糖加丙酸為碳源生產(chǎn)聚-羥基丁酸和聚-羥基戊酸無(wú)序共聚物P(HB-co-HV) 。 PHB 價(jià)格：33美元/kg5.58美元/kg左右 聚丙烯的價(jià)格(1美元/kg) 降低PHAs的生產(chǎn)成本：菌種、發(fā)酵方式、提取方法。第53頁(yè)/共67頁(yè)55第54頁(yè)/共67頁(yè)562. 國(guó)內(nèi)外研究PHAs的水平 國(guó)內(nèi)外的研究?jī)?nèi)容主要集中于： 微生物菌種的改良； 發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)研究，流加發(fā)酵控制技術(shù)、高密度細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)； 新型反應(yīng)器研制，提高傳氧效率、降低能耗； 產(chǎn)品提取工藝開(kāi)發(fā)，降低

23、成本，采用非有機(jī)溶劑提取方法。第55頁(yè)/共67頁(yè)57國(guó)內(nèi)外從事PHAs研究機(jī)構(gòu) 國(guó)外英國(guó)ICI公司、韓國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究所(KAIST)、奧地利生物技術(shù)公司和日本名古屋大學(xué)等。 國(guó)內(nèi)起步于20世紀(jì)80年代的中后期。中科院微生物所、山東大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)大學(xué)和無(wú)錫輕工大學(xué)等。中國(guó)科學(xué)院微生物所、清華大學(xué)生物系和化工系均已有批量生產(chǎn)技術(shù)。但在PHB提純方面，目前尚未達(dá)到應(yīng)用水平。第56頁(yè)/共67頁(yè)583. 研究進(jìn)展 改性 共聚 官能化：如靠原子的引入有可能提高PHAs的絕緣性能，降低材料的表面張力，使PHAs有較高的潤(rùn)滑性、耐熱性和耐油性。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：不同的菌種、改變培養(yǎng)條件，可以調(diào)節(jié)PHAs的組成

24、采用廉價(jià)底物 構(gòu)建自溶性PHAs生產(chǎn)菌種：噬菌體 轉(zhuǎn)基因植物第57頁(yè)/共67頁(yè)59植物生產(chǎn)PHB 利用細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)的PHB價(jià)格較高。 為降低成本，人們研究利用植物資源生產(chǎn)PHB。相對(duì)微生物而言，植物更象一個(gè)大加工廠，更適于生產(chǎn)復(fù)雜、多樣且具特殊用途的塑料原料。 目前，人們利用生物工程技術(shù)已將關(guān)鍵酶基因?qū)霐M南芥、油菜和向日葵等植物中，從這些轉(zhuǎn)基因植物的細(xì)胞質(zhì)或質(zhì)體中獲得PHB。由于植物生產(chǎn)便于PHB的分離提純，降低了成本，因此，利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn) PHB使開(kāi)發(fā)生物降解塑料前景廣闊。第58頁(yè)/共67頁(yè)60生物可降解塑料的特點(diǎn) 工藝簡(jiǎn)單 生產(chǎn)過(guò)程污染輕 生物可降解性和生物可相容性 可進(jìn)行高分子材料

25、的結(jié)構(gòu)調(diào)整：控制營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境條件第59頁(yè)/共67頁(yè)61 PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如質(zhì)輕、彈性、可塑性、耐磨性、抗射線等外，還具有生物可降解性和生物可相容性。PHAs100年個(gè)月合成塑料PHAs香波瓶原原料料降降解解第60頁(yè)/共67頁(yè)62 胞中積累的PHAs存在形式 以單個(gè)粒子的形態(tài)存在，每個(gè)細(xì)胞含有的顆粒數(shù)量的大小隨微生物種類而不同，在Ralstonia eutropha中，每個(gè)細(xì)胞含有8-10個(gè)顆粒，每個(gè)顆粒直徑大小為0.2-0.5m； 以非晶體形式存在。具有高度的折光性，顆粒外面包裹著一層膜，沒(méi)有生物膜那樣的典型雙層結(jié)構(gòu)，膜中含有PHAs合成酶的降解酶系統(tǒng)。第61頁(yè)/共67頁(yè)63PHAs的代謝途徑的代謝途徑n 不同微生物合成PHAs的途徑不同，基質(zhì)不同其合成途徑也有差異。真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌及多數(shù)細(xì)菌從糖合成