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1、可生物降解塑料PHAs现状及发展浅谈摘要：塑料从产生以来给人类带来很大便利，但是也产生了“白色污染”问题。本文主要介绍可生物降解塑料PHAs合成生产提取等方面状况，说明其存在问题，并展望可生物降解PHAs今后的发展方向。关键词：可生物降解塑料PHAs合成发展1.塑料因其具有密度小、强度高、耐腐蚀、价格低廉等优良特性，在人类生活各方面及工农业生产中获得了广泛的应用。然而，塑料垃圾在填埋、焚烧处理过程中已暴露出种种弊端。目前塑料垃圾以每年2500万t的速度在自然界中积累[1]，破坏自然环境，对人类和各种生物的生存造成了严重威胁。随着人类环保意识的加
2、强，许多国家都开始关注可降解塑料的研究与开发，种种可降解塑料不断问世。在各种可降解塑料中，可生物降解塑料PHAs（聚-β-羟基烷酸Polyhydroxyalkanoates,简称PHAs）尤其受到关注。PHAs作为有光学活性的一种聚酯，除具有高分子化合物的基本特性外，其独特优点是还具有生物可降解性和生物可相容性，因此，用PHAs制作各种容器、袋和薄膜等，可大大减少这些废弃物对环境的污染。此外，PHAs还可用作医药方面的骨骼替代品、骨板和长效药物的生物可降解载体等[1,2]。2.PHAs的生物合成2.1传统的PHA合成方法PHA通常通过两阶段的流
3、加培养方式生产,即细胞生长期和PHA合成期。在细胞生长期,使用营养丰富基质以得到高细胞产量;在随后的PHA合成期,通过限制某些营养物质,例如N、P、O等,使细胞生长受限制,从而达到使微生物的代谢转移到PHA的合成[5]。糖类物质,例如葡萄糖和蔗糖是PHA合成最常用的碳源,因为它们的价格相对较便宜。2.2使用植物油或脂肪酸合成PHA脂肪油或它们的衍生物脂肪酸也是合成PHA的较好碳源因为它们是不太昂贵且可再生的原料。此外,由脂肪酸合成PHA的产率系数(例如,丁酸的产率系数为0.65～0.95kg/kg)比由葡萄糖合成的(0.32～0.48kg/kg
4、)高得多[5]。然而,由植物油或脂肪酸合成PHA仍然存在一些问题有待解决。其中一个主要问题是微生物相对较低的生长速率,并且细胞内PHA的含量较低。尽管由月桂酸合成PHA的含量达到细胞干重的50%,但是科学家仍有许多工作要做,比如,筛选和开发能够高效利用植物油的菌种及发酵技术。2.3使用农业或食品废物(水)合成PHA农业或食品废物能够作为合成PHA的廉价碳源和氮源。木糖在这些废物中的含量仅次于蔗糖,但是由于微生物对其利用率较低,因而PHA的产率较低。木糖通过乳酸菌的厌氧发酵产生的乳酸和乙酸能够被大多数合成PHA的微生物高效利用,因而它们是合成PH
5、A的有效碳源[5,10]。2.4另外有人利用活性污泥合成生物降解塑料PHAs的研究[3，4]，,因为污泥里存在大量不同种类的微生物，这些微生物里广泛存在PHAs合成菌。华南理工大学实验人员以污泥微生物作为PHAs的合成菌,采用乙酸钠、丙酸钠及丁酸钠作为单一碳源在好氧条件下合成得到占污泥干重5.58%、3.90%及4.98%的PHAs和在厌氧条件下合成得到占污泥干重12.32%、9.55%及11.35%的PHAs。实验表明厌氧条件比好氧条件的PHAs产率要高；最佳的实验条件下得到PHAs的量占污泥干重的12.32%,此时碳源转化率为30.65%.
6、3.PHAs的提取将PHAs提取出来的提取费用在其生产成本中占有很大比例，从降低成本角度来考虑提取技术就显得十分有意义。现有的关于从A．eutrophus中提取PHAs技术的报导主要包括有机溶剂法、氯仿一次氯酸钠法和酶法。有机溶剂法存在能量和原料消耗大、提取率难以达到很高、污染严重和操作困难等缺点；氯仿一次氯酸钠法则会使聚合物分子量严重降低；而酶法提取的产品纯度不高[1，2，5]。因此，近年来国外对非有机溶剂提取技术越来越为重视。4.国内外生产PHAs现状1984年以来，意大利、美国、日本、西欧等一些国家，一方面相继立法，限制合成塑料的使用范围
7、；另一方面，投入大量资金加快进行对生物降解性塑料的研究开发。据报道，英国ICI公司在80年代就对生物降解性塑料中的聚够一羟基丁酸酯(PHB)做了系统的研究，并于1990年推出商品名为Biopol的产品，当时年产量已达1000t以上，估计90年代后期将达数千吨／年，由Biopol制造的产品如香波瓶、一次性剃须刀、饭盒等已在德国、日本、美国等国家上市。美国也以几家大公司为支柱，成立了“可降解塑料协会”，目前正执行至少两项大规模的生物塑料工程。日本通产省更将分解性塑料列为继金属材料、无机材料和高分子材料之后的“第四种新材料”，并将用2亿美元巨资支持生
8、物降解性塑料的研究计划。世界其他许多国家也纷纷建立了专门的机构进行调查研究，协调开发，掌握国际开发现状和发展趋势。[7，8]。我国可降解塑料的研究开发
