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1、生物合成材料聚β－羟基丁酸（ＰＨＢ）的研究进 摘要:聚β-羟基丁酸(PHB)是许多原核微生物在碳、氮营养失衡的情况下作为能量和碳源储藏在生物体内的一类热塑性聚酯。作为完全可生物降解材料,PHB越来越引起人们的关注。有力文章主要阐述了国内外PHB合成方法、性能改良、降解等方面的进展,并对其发展前景作出展望。 关键词:PHB;生物降解材料;生物合成;改良;降解 随着石油化学工业的发展,化学合成塑料的使用越来越广泛,作为合成高分子材料,化学合成塑料在自然环境下难以分解,造成了严重的白色污染。过去对废旧塑料的处理办法主要是土埋和焚烧
2、,土埋浪费大量的土地,焚烧则会产生大量的二氧化碳及其它对人有害的氮、硫、磷、卤素等化合物,助长了温室效应及酸雨的形成。面对日益严峻的资源和环境问题,走可持续发展道路,就要研究开发可自然降解的新材料。PHB是微生物合成型降解材料中的典型代表,具有良好的生物降解性,分解产物可全部为生物利用,目前研究较为深入并初步进入商品化阶段。 1PHB的性质 聚羟基丁酸酯PHB,作为一种天然高分子聚合物,具有生物相容性、生物可降解性、无刺激性、无免疫原性和组织相容性等特殊性能,在组织工程、药物缓释控释系统、骨科以及医用手术缝合线领域获得成功的应用。P
3、HB有良好的生物降解性,其分解产物可全部为生物利用,对环境无任何污染;其熔融温度为175～180℃,是一种可完全分解的热塑性塑料。它的物理性质和分子结构与聚丙烯(PP)很类似,如摩尔质量、软化点、结晶度、拉伸强度等,目前主要应用于医疗、工业、包装、农业等领域。 2PHB的生物合成 PHB的生物合成途径有微生物发酵法,转基因植物法。 2.1微生物发酵（作文网zL/250mL,接种量10%,PHB的质量浓度达到最高值0.825g/L,细胞干重为1.734g/L。鞘细菌对环境的适应能力较强,且有研究表明,其细胞内的PHB贮存比例较高
4、。全桂静和程文辉[2]通过实验表明:以甘油和蛋白胨为碳源和氮源,适宜条件下100mL发酵液的PHB产量最高可达10.58mg。 2.1.2筛选高效菌种 国内外对于高效菌种的选育主要有构建基因工程菌法和紫外线诱变法。1987年,吉利亚JamesMadison大学的Dennis成功地从A.eutrophus中克隆到合成PHB的基因,并转入E.coil中构建成重组E.coil突变株,其细胞比正常细菌细胞大10倍,该菌株可以直接利用各种碳源,如葡萄糖、蔗糖、乳糖、木糖等廉价底物,进一步降低了成本。奥地利维也纳大学在组建工程大肠杆菌的同时引入热敏
5、噬菌体溶解基因,可使细菌易裂解释放PHB,这一成果的最大特点是可降低提取成本,为推向市场打下基础。在国内也有一些紫外诱变法筛选优良菌株的研究,使原始菌株PHB产量得到很大的提高,如国家重点基础研究发展计划项目中徐爱玲、张帅等采用紫外线照射和放射性元素钴60辐射诱变方法,对AcidiphiliumcryptumDX1-1进行了诱变改良,诱变后筛选得到的一株菌UV60-3,PHB含量达到28.56g/L,是原菌株的1.45倍,并且可稳定遗传。对菌株UV60-3积累PHB的碳氮比进行了探索,结果显示在碳源浓度60g/L,氮源浓度30g/L,C/N
6、为3.76时PHB含量最高,PHB含量达到30.57g/L。[3] 2.1.3活性污泥合成PHB 利用活性污泥的混合碳源与微生物群合成PHB是生物合成PHB的一条新途径,既处理了污水,又降低了合成费用,而且得到的产物其性能比单一菌株在纯碳源培养得到的PHB要优越。在污水处理过程中,活性污泥微生物常常将可快速降解的碳源物质贮存为PHA,而不是首先将它们用于生物量的增长,因此,可以通过适当的工艺调控将活性污泥驯化为PHA的生产者。日本东京大学的Satoh.H.研究小组发现采用微嗜气2好气供气过程可以提高PHB在污泥中的产量,[4、5]表明了
7、工艺过程、营养组成及条件控制影响PHAs的产率。中国科学院生态环境研究中心曲波、刘俊新在活性污泥合成可生物降解塑料PHB的工艺优化研究中结果中表明溶解氧(DO)浓度、pH值和底物-生物量比(food-microorganismratio,F/M)是对PHB生产影响的关键参数底物的吸收速率、PHB产率和胞内含量均随溶解氧浓度的提高而提高,本研究最优操作条件下获得的PHB含量已经接近纯培养方法所获得的典型的PHB含量,展现了活性污泥合成PHB的应用前景。[6] 1于平、励建荣.真养产碱杆菌发酵生产PHB的培养条件优化[J].中国食品学报,20
8、07.1:61～63 2全桂静、程文辉.鞘细菌液体发酵生产PHB的研究[J].沈阳化工学院学报,2008.22(4):312～315 3徐爱玲、张帅等.积累PHB菌种隐藏嗜酸
