生物可降解塑料的生产与应用
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7生物可降解塑料的生产 与应用
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2020/11/26
生物可降解塑料的生产与应用
第一节 聚β-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。
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生物可降解塑料的生产与应用
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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。
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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：
① 工艺方法简单；
② 几乎无环境污染；
③ 产品具有生物可降解性和生物相容性；
PHBV中β-羟基戊酸组分的增加可使熔点从 180℃降低至75 ℃；
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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：
① 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。
② 易发脆
——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。
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生物可降解塑料的生产与应用
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生物可降解塑料的生产与应用
（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、
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
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生物可降解塑料的生产与应用
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。
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生物可降解塑料的生产与应用
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/26
生物可降解塑料的生产与应用
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生物可降解塑料的生产与应用
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三步合成途径
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被还原成 D-(-)-3-羟基丁酰CoA；
第三步： PHB聚合酶催化合成PHB
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五步合成途径
乙酰乙酰CoA ↓乙酰乙酰CoA还原酶
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生物可降解塑料的生产与应用
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β-羟基丁酸（HB）； 当R=乙基时，单体为β-羟基戊酸（HB）；
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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。
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
生物可降解塑料的生产与应用
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： ① 尽可能提高细胞密度 ② 保证高的胞内积累量 ③ 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。
• 作为生产PHAs的商业用途菌株，应该具备： ① 可利用廉价碳源 ② 生长速度快 ③ 对底物转化率高 ④ 胞内聚合物含量高 ⑤ 聚合物分子量大
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生物可降解塑料的生产与应用
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。
④ 可进行结构调控。
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生物可降解塑Leabharlann Baidu的生产与应用
• 在众多生物可降解材料中，采用生物发酵 法生产的聚β-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β-羟基丁酸（PHB）及3-羟基丁酸 （3-HB）与3-羟基戊酸（3-HV）的共聚物 （PHBV）是研究和应用最广泛的两种多聚 体。
解决办法：淬火处理
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生物可降解塑料的生产与应用
二、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。
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生物可降解塑料的生产与应用
第一节 聚β-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。
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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。
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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：
① 工艺方法简单；
② 几乎无环境污染；
③ 产品具有生物可降解性和生物相容性；
PHBV中β-羟基戊酸组分的增加可使熔点从 180℃降低至75 ℃；
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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：
① 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。
② 易发脆
——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。
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生物可降解塑料的生产与应用
（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、
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
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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。
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三步合成途径
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被还原成 D-(-)-3-羟基丁酰CoA；
第三步： PHB聚合酶催化合成PHB
生物可降解塑料的生产与应用
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五步合成途径
乙酰乙酰CoA ↓乙酰乙酰CoA还原酶
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生物可降解塑料的生产与应用
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β-羟基丁酸（HB）； 当R=乙基时，单体为β-羟基戊酸（HB）；
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生物可降解塑料的生产与应用
• 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。
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
生物可降解塑料的生产与应用
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： ① 尽可能提高细胞密度 ② 保证高的胞内积累量 ③ 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。
• 作为生产PHAs的商业用途菌株，应该具备： ① 可利用廉价碳源 ② 生长速度快 ③ 对底物转化率高 ④ 胞内聚合物含量高 ⑤ 聚合物分子量大
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生物可降解塑料的生产与应用
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。
④ 可进行结构调控。
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生物可降解塑Leabharlann Baidu的生产与应用
• 在众多生物可降解材料中，采用生物发酵 法生产的聚β-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β-羟基丁酸（PHB）及3-羟基丁酸 （3-HB）与3-羟基戊酸（3-HV）的共聚物 （PHBV）是研究和应用最广泛的两种多聚 体。
解决办法：淬火处理
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二、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。
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