生物可降解塑料的生产与应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 生物可降解塑料的生产与应用,第一节 聚,-,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。,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。,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：,工艺方法简单；,几乎无环境污染；,产品具有生物可降解性和生物相容性；,可进行结构调控。,在众多生物可降解材料中，采用生物发酵法生产的聚,-,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,-,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。,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,-,羟基丁酸（,HB,）；,当,R=,乙基时，单体为,-,羟基戊酸（,HB,）；,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。,PHBV,中,-,羟基戊酸组分的增加可使熔点从,180,降低至,75,；,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：,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。,易发脆,解决办法：淬火处理,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,。,作为生产,PHAs,的商业用途菌株，应该具备：,可利用廉价碳源,生长速度快,对底物转化率高,胞内聚合物含量高,聚合物分子量大,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。,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。,（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,三步合成途径,第一步：,-,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,五步合成途径,乙酰乙酰,CoA,乙酰乙酰,CoA,还原酶,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,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：,尽可能提高细胞密度,保证高的胞内积累量,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。,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。,目前，尚有几个关键问题有待解决：,菌种对丙酸的转化率低；,定向育种,&,基因工程,聚合物分子质量分布范围较宽，且不易控制；,流加发酵技术,性能与化工合成塑料相比，尚有较大差距。,聚合物分子设计、修饰和共混加工技术,