1、細菌合成聚羥基烷酸PHA細菌合成聚羥基烷酸PHA一、聚羥基烷酸（PHAs）綜述定義：由100-30000個相同或不同羥基脂肪酸單體的高分子聚合物。屬于酯類，亦稱聚羥基烷酸酯（PHAs）。傳統塑料新型塑料生物可降解性無有降解期100-200年1-2月原材料需石油不需一、聚羥基烷酸（PHAs）綜述定義：由100-30000個相3PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如質輕、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。香波瓶100年個月合成塑料PHAs原料降解3PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如質輕、彈性、可塑性PHA的分子結構 其中，m=1，2 或3，n 為單體數目，

2、R 代表側鏈，多為C1C13 的不同鏈長的正烷基，也可以是支鏈，不飽和的或帶取代基的烷基。 當m=1 時，R 為甲基時，為聚3羥基丁酸（PHB），是PHA中最常見而又最重要的一種。PHA的分子結構 其中，m=1，2 或3，n 為單5二、PHAs的結構、物理化學性質和應用多種微生物在一定條件下能在胞內積累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，它在胞內的積累不會引起滲透壓的增加，是理想的胞內貯藏物，比糖原、多聚磷酸或脂肪更加普遍地存在于微生物中。PHAs的通式可寫成：單體數目5二、PHAs的結構、物理化學性質和應用多種微生物在一定條件6聚合物命名R為甲基時，其聚合物為

3、聚-羥基丁酸(PHB)R為乙基時，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-co-3HV)。6聚合物命名R為甲基時，其聚合物為聚-羥基丁酸(PHB)7大多數有關細菌PHAs的物化性質的研究是針對PHB和PHBV兩種聚合物進行的。PHB是高度結晶的晶體，結晶度的范圍在5580%，其在物理性質甚至分子結構上與聚丙烯(PP)很相似，例如熔點、玻璃態溫度、結晶度、抗張強度等，而比重大、透氧率低和抗紫外線照射以及具有光學活性、阻濕性等則是PHB的優點，見表7-2-1。PHAs的結構、物理化學性質7大多數有關細菌PH

4、As的物化性質的研究是針對PHB和PHB889PHB較脆和發硬，但可通過與適量HV共聚而補償。隨著PHBV中HV組分的增加，聚合物的勁度降低而韌性增加，且共聚物的熔點隨著HV組分的增加而降低，使得較易對其進行熱加工處理。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的結構、物理化學性質-續HV -羥基戊酸HB -羥基丁酸9PHB較脆和發硬，但可通過與適量HV共聚而補償。PHAs的10PHAs的應用shampoo bottles bicycle helmet 10PHAs的應用shampoo bottles

5、bicyc11二、PHAs的生物合成合成PHAs的主要微生物合成PHAs的主要基質PHAs的代謝途徑與調控11二、PHAs的生物合成合成PHAs的主要微生物12 能產生PHAs的微生物分布極廣，包括光能和化能自養及異養菌計65個屬中的近300種微生物。目前研究的較多的微生物：產堿桿菌屬(Alcaligenes europhus, 現在更名為Ralstonia eutropha)假單胞菌屬(Pseudonomas)甲基營養菌(Methylotrophs)固氮菌屬(Azotobacter)紅螺菌屬(Rhodospirilum)（一）合成PHAs的主要微生物12 能產生PHAs的微生物分布極廣，包括

6、光能和化能自養及異13真養產堿桿菌(Ralstonia eutropha)為革蘭氏陰性的兼性化能自養型細菌積累PHB可達細胞干重的90%以上能利用糖加丙酸或戊酸產生P(3HB-co-3HV)改變基質該菌還能將4HB和5HV結合到3HB的結構中去，形成4HB或5HV單體與3HB的共聚物。采用帶有真養產堿桿菌PHB合成基因的重組大腸桿菌(E.coli) 。工業化生產PHAs的微生物13真養產堿桿菌(Ralstonia eutropha)為革14（二）、合成PHAs的主要基質(1)、糖質碳源葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等。(2)、甲醇甲醇是最便宜的基質之一，ICI擁有生產甲醇單細胞蛋白的技術經驗，曾考慮

7、用甲醇作基質生產PHB。甲醇菌積累PHB含量不高，PHB回收成本大，PHB的分子量較小。14（二）、合成PHAs的主要基質(1)、糖質碳源（3）、氣體H2/CO2/O2真養產堿桿菌等一些爆鳴氣細菌能利用H2/CO2/O2產生PHB，其中H2作為能源，CO2是碳源。以H2作為基質按其價格和產率而言(見表1)在經濟上是劃算的，且H2又是一種干凈的可再生資源。可以同時解決兩個嚴重的環境污染問題：溫室效應及廢棄的非降解塑料對生態環境的危害。安全性問題：解決混合氣體爆鳴的安全問題和氣體的循環利用問題。控制基質氣相中氧的濃度低于氣體爆炸的下限(6.9%)是安全的。15（3）、氣體H2/CO2/O2真養產堿

8、桿菌等一些爆鳴氣細菌能16（4）、烷烴及其衍生物假單胞菌能利用中等鏈長的烷烴或其衍生物醇、酸等產生中等鏈長羥基烷酸的共聚物(PHAMCL)，共聚物中單體的組成與基質碳架的長度有關。 以辛烷作基質連續培養食油假單胞菌(P. oleovorans)，穩定態細胞濃度11.6g/l，PHA的生產強度為0.58g/Lh，16（4）、烷烴及其衍生物假單胞菌能利用中等鏈長的烷烴或其衍17（三）PHAs的代謝途徑與調控PHAs的產生機理微生物在碳源過量而其他營養如氮、磷、鎂或氧不足時，積累大量PHAs作為碳源和能源的貯存物，或作為胞內還原性物質還原能力的一種儲備。當限制性營養物再次被提供時，PHAs能被胞內酶

9、降解后作為碳源和能源利用。17（三）PHAs的代謝途徑與調控PHAs的產生機理18 胞中積累的PHAs存在形式以單個粒子的形態存在，每個細胞含有的顆粒數量的大小隨微生物種類而不同，在Ralstonia eutropha中，每個細胞含有8-10個顆粒，每個顆粒直徑大小為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，沒有生物膜那樣的典型雙層結構，膜中含有PHAs合成酶的降解酶系統。18 胞中積累的PHAs存在形式以單個粒子的形態存在，每個細19三、PHAs的發酵生產PHAs實現大規模工業化生產的主要障礙是生產成本。英國帝國化學公司(ICI)認為影響PHAs生產成本的主

10、要因素有菌種原料操作方式提取方法19三、PHAs的發酵生產PHAs實現大規模工業化生產的主要20因而降低PHAs的生產成本主要措施(1)采用廉價基質(如CO2、H2和O2，甲醇，乙醇，葡萄糖及來自農業廢物的有機酸等)和提高產物對基質的產率系數，降低發酵原材料的成本；(2)提高生產強度(如選育高產菌株、采用合適的發酵生產方式等)，以降低操作成本；(3)改進提取、純化技術(如不采用價格昂貴的有機溶劑、簡化操作等)，以降低提取成本。20因而降低PHAs的生產成本主要措施(1)采用廉價基質(如21PHAs的流加發酵 在PHAs的生產中，通常采用分批發酵法和流加發酵法，有時用連續培養法來獲得高的生產強度。由于Ralstonia eutropha只有在某種營養成份氮、磷或氧等缺乏而碳源過量的不平衡生長條件下才能大量積累PHAs，