聚羟基脂肪酸酯

聚羟基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoates)

近20多年迅速发展起来的生物高分子材料——聚羟基脂肪酸酯(PHA)，是很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。因为PHA同时具有良好的生物相容性能､生物可降解性和塑料的热加工性能。因此同时可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，这已经成为近年来生物材料领域最为活跃的研究热点。PHA还具有非线性光学性､压电性､气体相隔性很多高附加值性能。

天然的或合成的生物可降解的高分子材料往往有很高的水蒸气透过性，这在食品保鲜中是不利的。而PHA则具有良好的气体阻隔性，使其可能应用在较长时间的鲜品保鲜包装上。因为水汽的穿透是保鲜包装中的重要指标，PHA在这一点上的性能是完全可以和现在的PET､PP等产品等相比的。另—方面，PHA还具有较好的水解稳定性，将PHA用75℃的自动洗碗机总洗20个循环，PHA制成杯的形状和分子量都没有发生变化，表明PHA可以很好地用于器具生产。此外与其它聚烯烃类､聚芳烃类聚合物比，PHA还具有很好的紫外稳定性。PHA还可作为生物可降解的环保溶剂的来源，如3-羟基丁酸乙酯EHB(ethyl3—hydroxy—butyrate)是水溶性的，聚有低挥发性，可以用于清洁剂､胶)粘剂､染料､墨水的溶剂。正因为PHA汇集了这些优良的性能，使其可以在包装材料､粘合材料､喷涂材料和衣料､器具类材料､电子产品､耐用消费品､农业产品､自动化产品､化学介质和溶剂等领域中得到应用。

(1)与PLA等生物材料相比，PHA结构多元化，通过改变菌种､给料､发酵过程可以很方便地改变PHA的组成，而组成结构多样性带来的性能多样化使其在应用中具有明显的优势。根据组成PHA分成两大类:一类是短链PHA(单体为C3-C5)，一类是中长链PHA(单体为C6-C14)，这些年已有报道菌株可合成短链与中长链共聚羟基脂肪酸酯。PHA的生产经历了第一代PHA——聚羟基丁酸酯(PHB)，第二代PHA——羟基丁酸酸共聚酯(PHBV)和第三代PHA—聚3-羟基丁酸-3-羟基己酸酯（PHBHHx）的生产，而第四代PHA羟基丁酸羟基辛酸(癸酸)共聚酸[PH-BO(PHBD)]尚处于开发阶段。其中作为第三代PHA的PHBHHx是由清华大学及其合作企业实现了首次大规模生产。与传统化工塑料产品的生产过程相比较，PHA的生产是一种低能耗和低二氧化碳排放的生产，因此从生产过程到产品对于环境保护都是很有利的。

(2)PHA生产的另一条可行的途径是利用转基因植物来实现。PHA在植物中的合成，可以利用光能消耗二氧化碳，成为一种可持续､可再生的材料生产方式。现在已在烟草､马铃薯､棉花､油菜､玉米､苜蓿等植物中实现了包括 PHB､PHBV以及中长链PHA等不同PHA的合成。而其中在马铃薯块根中的PHA合成是最具生产前景的。目前PHA的价格还很难和石油化工塑料相竞争，而聚丙烯的价格低于1美元/kg，而一些最便宜的生物可降解塑料的价格为3-6美元 /Kg，而当今理想的PHB的生产成本为4美元/kg，随着规模的扩大，生产成本将进一步降低，但很难达到2-3美元/kg，这主要是由于细菌发酵底物成本所决定。 但通过转基因植物的PHA合成，有望将PHA的成本大大降低，因为植物利用二氧化碳和太阳能生产植物油和淀粉的成本分别为0.5-1美元/kg和0.25美元/kg，另外植物中PHA的提取过程也有了较好的研究，提取成本不高于细菌中PHA的提取成本。PHA在植物中的生产将使经济作物的可再生资源使用大大地迈进，这个项目的成功可能使到2020年植物生产基本化学原料和材料中可更新资源的使用达到现在的5倍。

PHA因其良好的生物降解性和生物相容性在药物缓释体系中发挥着越来越重要的作用。最早的PHA作为药物释放包裹微球的研究是1983年对于PHB的研究，之后随着PHBV 的发展，PHA的药物包裹研究带来了很大的进展。研究表明可通过调节PHA的单体组成､分子量､药物包裹量､包裹颗粒大小实现药物的可控速率释放。此外，很多学者还利用PCL等其他聚合物与PHA进行混合包裹药物的研究也取得了一定的成果。在PHA近十年的研究热潮中，虽然在生产和应用方面的主要技术专利仍掌握在美､欧､日等发达国家和地区中，但我国这几年在这方面的研究取得了长足的进展，在生产方面掌握了一些具有自主知识产权的菌种和后期工艺，特别是近两年在组织组织工程研究方面有较好的研究成果，已有多项专利处于申请公开期，这些为PHA作为我国有自主知识产权的生物材料今后的产业化打下了良好的基础。

PHA既是一种性能优良的环保生物塑料，又具有许多可调节的材料性能，其随着成本的进一步降低以及高附加值应用的开发，将成为一种成本可被市场接受的多应用领域生物材料。由于它是一个组成广泛的家族，其从坚硬到高弹性的性能使其可以适用于不同的应用需要。PHA的结构多样化以及性能的可变性使其成为生物材料中重要的一员。相对于PLA，PHA发展的历史很短，发展的潜力更大，其应用的空间也更大。

深圳奥贝尔完成可完全生物降解材料产业化中试

来源：深圳特区报 发布时间：2006-1-6

全球第二条年产5000吨生物降解材料生产线明年将在深圳建成

●可完全生物降解，实现环保材料“完全绿色”的产业革命

●深圳企业率先抢占可完全生物降解材料技术制高点

●奥贝尔年产5000吨的生物降解材料生产线明年将建成

记者昨日从深圳市奥贝尔科技有限公司获悉，该公司凭借其拥有的国际领先技术及多项自主知识产权技术，经过一年多的技术攻关，成功完成了可完全生物降解材料PHAs（聚羟基烷酸酯）产业化中试。明年，国内第一条、全球第二条年产5000吨以上的可完全生物降解材料生产线可望在深圳建成。

“白色污染”将成为“过去时”

废弃塑料类材料因其难以收集回收而被视为“白色污染”，原因是塑料回归自然最终融入微生物循环的过程（即生物降解）十分漫长，需要数百年甚至上千年。目前我国市场上使用的所谓“降解”塑料，大多是在不可降解的材料中添加一些光解材料或少量的淀粉使其分解为小的粉末，并没有真正意义上的降解，其对环境的污染及危害依然存在。

为了消除这种污染和危害，世界各国纷纷采取立法等措施对不能降解塑料的应用加以限制。随着各国对环保的重视，可完全生物降解新型材料日益普及。近年来，在发达国家中如美国、日本、德国、意大利等以完全生物降解塑料的开发研究最为活跃。国内也有多家学术单位及企业承担八五、九五、“八六三”研究可完全生物降解材料PHB类新型材料的任务，有的甚至尝试了产业化生产，但是由于在基因菌株的表达、发酵控制及后期提取等方面没有新的突破，其产业化成本仍然太高。

为了降低成本，采用天然材料如淀粉、纤维素等作碳原生产可完全生物降解材料已逐步成为研究环保材料热点中的热点。目前，世界上只有美国拥有可完全生物降解材料产业化技术，该技术的规模化生产被美国视作国家战略之一，已建有5万吨级的生产线。

奥贝尔生产可完全降解生物材料PHAs的原材料全部来自农作物和植物，其产品在完成其使用周期后100％的回归大自然，与以不可再生石油为主要原料的所谓“降解”塑料相比较，具有原料可再生、废品可回收利用和不可回收利用则可完全生物降解成二氧化碳、水的优点。奥贝尔可完全生物降解材料成功产业化推广，将为我国治理“白色污染”问题和缓解我国对进口石油的过度依赖问题提供切实可行的途径，意味着环保材料将进入一个革命性的时代。

可完全生物降解材料应用前景广阔

生物降解材料不仅仅局限于塑料产品，同时还将广泛用于农用材料（如农膜）、包装材料（如食品包装袋）、环保材料（如垃圾袋）、生物化工材料（如高性能滤膜）、微电材料（如用于热封闭元件的压力传感器）、能源材料（如生物柴油）及医用材料（如药物载体与外科缝合针）等各个领域，成为人类绿色生活与循环经济的重要组成部分。

据专家分析，生物降解材料有着巨大的市场需求。仅仅在塑料制造领域，全球塑料需求量2005年已超过1.5亿吨，我国每年对塑料原材料的需求量超过全球的1／4,接近4000万吨；在医疗应用领域，医用生物降解材料的应用前景十分广阔，在中国的需求量将达到数百亿元人民币。奥贝尔可完全生物降解材料技术将给数以万亿计的材料市场带来革命性的变化。

农民种植工业原料奥贝尔改写产业链

以农作物替代石油，然后生产各类工业材料，奥贝尔技术的产业化将实现农业和工业的完全对接，对解决我国“三农”问题具有重大的社会经济意义。据了解，1000万吨完全生物降解材料相当于中国目前市场总需求的25％，不到世界市场总需求的10％；对应1000万吨完全生物降解材料总价值至少是2000亿元人民币，需要3000万吨淀粉，等于实现价值600亿元人民币的农产品需求，对应解决600万亩的土地种植需求，为国家减少进口原油至少1500万吨。

中国是农业大国，同时也是原油进口大国。奥贝尔完全生物降解技术的成功产业化，产品在满足国内需求的同时，可以进行国际出口，将是一个巨大的经济数字，将给中国农村提供数以百万计的就业机会和数以万亿计的农产品市场；在减少中国经济对石油依赖的同时，使中国农民与工业原材料生产直接联系在一起，成为中国乃至世界的工业经济主力军。

奥贝尔可完全生物降解材料PHAs产业化十分经济可行。据奥贝尔专家分析测算，投产一个年产30万吨规模的完全降解材料产业基地，总投资额约在20亿元人民币，全部设备可实现国产化；生产成本在1.5－2.0美元／公斤，这一成本水平与石油原材料的成本大致相当。形成对比的是在我国建设一个年产30万吨乙烯（塑料原料）的基地，投资额会高达上百亿元。

完全“中国创造”的工业基因工程

奥贝尔“完全生物降解技术”拥有完全的自主知识产权和关键技术，是完全的“中国创造”。

从2004年起，奥贝尔以留美博士为技术研发核心，在世界最先进的研究成果基础之上，在深圳研发中心对可完全生物降解材料PHAs的生产技术进行了大量的拓展性研究工作，在参照国外最新研究成果、采集众家之长的基础上，以世界上最先进的生物基因工程菌种构造法，成功进行了PHAs的生物合成，以独特合理的生产工艺，实现PHAs的产业化，填补了国内空白。

据奥贝尔专家介绍，奥贝尔完全生物降解材料PHAs生产技术，主要原材料来源于农作物和植物中的淀粉、纤维，采用的是新型的高效转基因工程技术和特殊的生产工艺。其产品可满足不同的应用规范和要求，解决了产品性能单一、性能不稳定问题。

长袖初舞，做环保产业和循环经济排头兵

中国是传统的石油塑料生产和消费大国。奥贝尔的专家认为，在奥贝尔完全生物降解技术实现大规模产业化、完全生物降解材料获得普遍运用之后，将给我国塑料、能源、农业、医用材料、生物化工甚至沙漠治理等领域带来巨大的影响，将为国民经济的环保与可持续发展作出切实支持和贡献。

当记者问及奥贝尔的发展目标时，奥贝尔负责人表示：“奥贝尔在成功地完成了产品中试后已经开始了产业化前期准备工作。奥贝尔近期主要目标是在深圳建设第一条生产线，年产量为5000吨。”该负责人同时表示，奥贝尔公司目前产业化进展顺利；现在虽然刚刚完成产品中试阶段，但已同几家国际大企业达成供货意向；由于奥贝尔的成本优势明显，前期产品将全部出口。这位负责人透露：“奥贝尔的中长期目标，首先是将采用转基因工程技术将生物合成聚羟基烷酸酯所需的pha、phb及phc等多种酶构建于植物体内，利用植物的自养功能在体内直接合成PHAs，使生产成本进一步降低。其次是凭借自身的技术优势，利用我国内地广大的农业优势，在国内省份建成10－20个年产5－10万吨级的产业基地；依托深圳及珠三角这个全球最大的塑料加工业集聚地，奥贝尔将在深圳建设科研总部和生产基地，走出一条紧密联系多个产业、立足深圳辐射全国乃至世界、大力发展循环经济和环保产业的好路子。

责任编辑：中国淀粉交易网