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)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 PHA 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%.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；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起始于20世纪年代中期，起初是对光降解塑料进行研究, 随后有众多的高等院校、科研院所参与研究光降解、光-生物降解、光-碳酸钙降解、光-氧-生物降解、完全生物降解、全淀粉塑料、崩坏性生物降解等塑料以及高填充碳酸钙环境友好材料等。
目前我国从事降解塑料生产的单位主要有宁波天安生物材料有限公司，生产（PHBV)羟基丁酸醋共聚羟基戊酸醋 ,是在特殊菌种的细菌体内合成得到的一种生物可降解塑料 ,可用于包装领域和日用化学品领域。
目前,公司生产装置的设计生产能力为1000t/a,生产规模在全世界名列第一。
主打产品为高尔夫球托、耐热餐具、啤酒周转箱、注塑瓶、吹塑瓶等各种塑料产品。
但目前的销售量为几百t,且绝大部分出口国外。
广东联亿生物工程公司：2004年年底建成世界上第一条PHA专门生产线。
PHA产品与其它可再生资源型塑料相比 ,具有更好的抗热湿气性能 ,用PHA制成的薄膜 ,其透氧率仅为聚丙烯的1/40,并具有很强的抗紫外线能力 ,对食品保鲜更为有利 ,可以在食品包装上大显身手。
此外 ,这种材料还可作为新型生物医学材料用做骨骼、血管代用品、骨板、肘钉、缝线、烧伤覆盖膜或药物缓释载体等 ,附加值更高 ,前景更是不可限量[9]。
5.PHAs生产存在问题及发展趋势虽然PHAs是环境友好型的可生物降解塑料，但是其推广运用还存在很多问题。
例如合成PHAs的菌体需要优化、纯化从而提高其产率，PHAs的物理性能还有待提高，PHAs的提取成本有待降低等。
据有关文献报道，可生物降解餐盒的成本价格是现有一次性餐盒价格的五倍，所以其生产成本有待降低。
今后研究的重点[1，2，5，7]：培育特种高产率的菌种，提高菌种对底物的转化率，降低PHAs 的高生产成本；研究高效先进的发酵、纯化技术；提高可生物降解材料的性能，研究光-生物综合降解型的可生物降解材料；发展新型的提取技术，采用低价高效无污染的无机提取剂，以降低成本；建立规模化自动化的生产技术以运用到工程中······6.结语塑料为人们的生活带来极大的方便和便利，但也同时带来“白色污染”问题，破坏人类生活环境，威胁人类的生存。
由于可生物降解塑料可在环境中被卫生物较快降解掉，从而不会残留在环境中，不会对环境造成危害，属于环境友好型的材料，所以发展高性能、低价格的可生物降解塑料必将越来越受到各国的重视，必将成为今后全世界各国学者研究的重中之重。
参考文献：1.现代环境生物技术，王建龙文湘华编著，清华大学出版社2.细菌合成生物可降解塑料(聚羟基烷酸PHAs)——过去、现在和未来,陈坚李寅等，无锡轻工大学生物工程学院环境生物技术研究室3.外加碳源的活性污泥合成生物降解塑料 PHAs的试验，林东恩张逸伟等，环境科学第24 卷第2期2003年3月4. The Study on Waste Activated Sludge Reclamation via Alkaline Fermentation，Hong Chen LeiyuFeng, Yinguang Chen ，School of Environmental Science and Engineering Tongji University5.生物降解塑料聚羟基烷酸(PHA)的研究进展，金大勇 ,顾国维 ,杨海真，同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室6. Association des Amixonniers et Feculiers （AAF）．The markets of starch industry in Europe．Website of Association des Amidonniers et feculiers[N/OL]．2009，7. 可生物降解塑料聚爹-羟基丁酸酯(PHB) 的研究与发展，清华大学化工系，生物化工研究所于慧敏沈忠耀8. Platt D K． Biodegradable Polymers: Market Report[M]． US： Smithers Rapra Publishing，2006：85-92．9. 我国可降解塑料研究与生产现状，史吉平 ,杜风光 ,闰德冉 ,董青山 ,张龙，上海天之冠可再生能源有限公司10. Tsuge T,Tanaka K,Shimoda M,IshizakiA.Optimization of L-lacticacidfeedingfor production of poly-3-hydroxybutyric acid by Alcaligenes eutrophus in fed - batch culture. [J] J.Biosci. Bioeng,1999,88,404～409.。