生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用課件

第七章生物可降解塑料的生產(chǎn)與應(yīng)用第一節(jié)聚β-羥基烷酸普通塑料是以合成樹脂為主的化學合成材料。——難降解性各國反應(yīng)：限制使用某些塑料制品。由此，可降解塑料就成為研究的熱點。

與傳統(tǒng)的化學合成高分子材料相比，采用生物，特別是微生物合成的高聚物具有的特點如下：①工藝方法簡單；②幾乎無環(huán)境污染；③產(chǎn)品具有生物可降解性和生物相容性；④可進行結(jié)構(gòu)調(diào)控。在眾多生物可降解材料中，采用生物發(fā)酵法生產(chǎn)的聚β-羥基烷酸（PHAs）是應(yīng)用環(huán)境生物學方面的一個研究熱點。其中，聚β-羥基丁酸（PHB）及3-羥基丁酸（3-HB）與3-羥基戊酸（3-HV）的共聚物（PHBV）是研究和應(yīng)用最廣泛的兩種多聚體。一、PHAs的結(jié)構(gòu)、物理化學性質(zhì)和應(yīng)用

PHAs——碳源和能源的貯存物。R為取代基：當R=甲基時，單體為β-羥基丁酸（HB）；當R=乙基時，單體為β-羥基戊酸（HB）；所有的組成單位僅以[R]構(gòu)型存在；多聚物的物理化學性質(zhì)和機械性能（韌性、脆性、熔點等等）與單體的組成有極大的關(guān)系。PHBV中β-羥基戊酸組分的增加可使熔點從180℃降低至75℃；二、PHAs的生物合成（一）主要微生物能產(chǎn)生PHAs的微生物很多，包括光能和化能自養(yǎng)及異養(yǎng)菌。研究較多的有：產(chǎn)檢桿菌屬、固氮菌屬、甲基營養(yǎng)菌、紅螺菌屬等。它們能分別利用不同的碳源產(chǎn)生不同的PHAs。作為生產(chǎn)PHAs的商業(yè)用途菌株，應(yīng)該具備：①可利用廉價碳源②生長速度快③對底物轉(zhuǎn)化率高④胞內(nèi)聚合物含量高⑤聚合物分子量大

（二）合成途徑及關(guān)鍵酶合成原因：碳源過量，其他某種營養(yǎng)成分（N、P、K、Mg、O或S）不足時，PHAs大量貯存。合成途徑：以合成PHB為例可分為三步合成途徑和五步合成途徑三步合成途徑第一步：β-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被還原成D-(-)-3-羥基丁酰CoA；第三步：PHB聚合酶催化合成PHB三、PHAs的生產(chǎn)工藝PHAs只在細胞內(nèi)積累，要實現(xiàn)其最大生產(chǎn)，必須做到：①盡可能提高細胞密度②保證高的胞內(nèi)積累量③縮短發(fā)酵周期以提高生產(chǎn)強度兩階段控制：第一階段：菌體生長；第二階段：多聚物形成。目前，在PHAs發(fā)酵中應(yīng)用最多的是流加培養(yǎng)法——逐步添加營養(yǎng)物質(zhì)。目前，尚有幾個關(guān)鍵問題有待解決：①菌種對丙酸的轉(zhuǎn)化率低；定向育種&基因工程②聚合物分子質(zhì)量分布范圍較寬，且不