聚羟基脂肪酸酯生产菌种及发酵工艺研究进展

首先对聚羟基脂肪酸酯(PHAs)发酵菌种的选育情况及发酵特性进行比较全面的介绍,对已报道过的发酵工艺进行系统性综述、比较及分析。最后,归纳目前利用微生物发酵生产PHAs存在的问题,并对PHAs发酵菌种及工艺的未来发展趋势及重点研究方向进行展望。

海藻资源应用于聚羟基脂肪酸酯生产的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)是一种可生物降解的高分子聚酯材料,主要由微生物在一定的胁迫条件下产生,具有较多的单体结构,由于其具备良好的生物相容性和生物可降解性,近年来对其研究逐渐深入,但由于其生产成本较高导致其在生物塑料行业的应用进展缓慢,而以废料作为微生物碳源进行生产的方式往往会对环境造成二次污染。近年来大型海藻养殖量逐年上升,其含有丰富的碳水化合物等生物质资源,对其资源化利用的研究主要集中于食品、医药、饲料、新能源等领域,目前仅在海藻饲料和海藻肥领域实现了工业化,对其资源化利用的方式仍然需要不断地研究创新,使海藻资源的利用率达到最大,以创造更多的经济价值。为了引入庞大的海藻资源进行PHA的生产,降低其生产成本,促进其在生物塑料行业的应用,本文综述了PHA近年来在生产工艺研究上的进展情况,阐明了微藻生物合成PHA及大型海藻作为PHA生产的碳源的可行性,并评估了海藻资源作为碳源开发的优劣,为将来黄海绿潮资源的开发利用提供新的思路。

基于非粮糖蜜的聚羟基脂肪酸酯发酵培养基优化与中试放大

为促进绿色生物基材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)的发展,推进非粮糖蜜发酵等工艺标准化、规模化、绿色化运行,压缩PHA发酵成本,提高生产强度,该研究以盐单胞菌(Halomonos sp.)TD01为发酵菌株,基于非粮糖蜜原料发酵生产PHA。通过单因素试验和响应面法优化确定最佳发酵培养基配方,并调整补料培养基后进行中试放大验证。结果表明,生产PHA最佳发酵培养基配方为糖蜜添加量33.2 g/L,尿素添加量2.5 g/L,硫酸铵添加量2.2 g/L。在此优化条件下,PHA产量为3.12 g/L。通过2 L扩大发酵罐培养得到PHA总产量达到67.36 g/L,较优化前产量增长142.13%;5 kL中试发酵得到PHA总产量为51.16 g/L,较优化前产量增长了83.90%。

木质素生物合成可降解包装材料聚羟基脂肪酸酯的研究进展

目的通过对木质素生物合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的研究,实现PHAs的低成本、规模化生产和木质素的高值化利用。方法归纳分析现阶段国内外木质素降解菌及生物合成PHAs的主要菌种和目前存在的问题,介绍生物合成PHAs的木质素底物种类、合成过程中工艺优化策略的相关研究进展,同时总结PHAs在包装领域的相关应用。结果木质素生物合成PHAs过程中,通过筛选木质素降解菌、培养PHAs合成菌、优化PHAs的合成工艺及影响因素,可有效提高木质素底物的转化率和PHAs的产量,从而降低生产成本。结论木质素转化为PHAs的过程虽然面临着一些挑战,但随着技术的不断创新和生产工艺的优化,木质素为底物合成的绿色生物塑料PHAs在包装领域会有广阔的应用前景和发展空间,必将推动包装材料向绿色化、安全化方面发展。

微生物电合成聚羟基脂肪酸酯的基本原理及研究进展

目的综述微生物电合成(Microbial Electrosynthesis,MES)生产聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHAs)的基本原理、影响因素及其在包装工业领域应用面临的挑战,以期优化其生产工艺、实现PHAs的高效和低成本合成、拓宽绿色包装材料合成技术。方法基于近几年国内外的最新研究进展,总结现有合成PHAs方法存在的不足,介绍MES合成方式及原理,阐述MES系统合成PHAs影响因素,探讨MES系统在合成PHAs等绿色包装材料所面临的挑战。结论MES系统在合成PHAs领域具有巨大的研究潜力,未来的重点研究方向是开发高效电活性微生物、优化电合成条件以及MES系统结构来提高PHAs产量,并拓宽MES系统在合成可降解包装材料领域的应用。

聚羟基脂肪酸酯的萃取精制工艺研究

为推动中国新型生物基高分子材料的全面发展,促进生物基材料PHA的高值化应用,通过筛选萃取剂种类和用量、预处理试剂种类和用量以及预处理时间,确定了PHA样品最佳萃取工艺参数,并显著提高了PHA产品的质量和回收效率。结果表明,最佳预处理试剂为次氯酸钠,萃取剂为三氯甲烷,2种试剂的使用量分别是PHA样品质量的14倍和19倍,预处理时间1.5 h时发酵效果最好,最终纯度和回收率分别为98.35%和89.60%。该研究以三氯甲烷和次氯酸钠萃取PHA,显著提升PHA纯度和回收率,并简化提取工艺,为推进生物基材料PHA的下游分离提取工作提供有力的理论支持。

聚羟基脂肪酸酯在阻隔包装中的应用

开发基于生物材料的可生物降解塑料,是人们减少对化石燃料的依赖、应对塑料污染问题的未来战略。在包装应用领域,以微生物合成的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)为代表的新一代生物基塑料被认为是石油基包装材料最有前景的替代方案。本文论述了PHAs的基本特征、发展过程和材料特性,以及目前与包装行业相关的不同材料形式的应用进展。

聚羟基脂肪酸酯在组织工程中的应用

聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)是一系列由微生物合成的天然高分子材料,目前已发现有超过150种组成单体不相同的PHA聚合物。由于最常见也是研究最广泛的PHA——聚3‒羟基丁酸(PHB)具有优良的生物相容性和生物可降解性,且其降解产物3‒羟基丁酸(3HB)对多种疾病具有潜在的治疗功能,PHA相关材料在组织修复与再生领域得到广泛的关注。介绍了不同单体组成的PHA在修复骨缺损、愈合皮肤伤口、重建神经和递送药物等不同组织工程领域的应用,总结了对应的材料制备方法及组织修复机制,为后续PHA的生物医疗应用提供新的思路。

聚羟基脂肪酸酯(PHAs)基止血材料研究进展

在意外事故、自然灾害及军事冲突中,人体会受到严重外部创伤,出现大量的不可控出血,极易导致伤员的缺血性休克甚至死亡。因此,伤口的快速止血是提高伤者存活率的关键,快速止血一般需要借助止血材料实现。聚羟基脂肪酸酯(PHAs)是一种天然高分子化合物,具有良好的生物相容性、生物可降解性、可改性等特性,其降解产物还具有促进活体细胞增殖和分化的作用,可加速伤口愈合,是一种极具潜力的止血材料,受到生物医学研发人员的广泛关注。但在应用过程中,PHAs基材料在韧性、抗菌和凝血能力方面仍然存在缺陷。因此,若想开发基于PHAs的止血材料,必须对其韧性、抗菌能力及凝血性能进行改善。本文综述了近年来PHAs基材料在韧性、抗菌能力以及凝血性能等方面的研究进展,可为PHAs基止血材料的研究开发提供参考。PHAs基止血材料具有较高的经济价值,相关研究对严重创伤的救护和新型生物材料的应用推广具有重要意义。

生物降解包装材料聚羟基脂肪酸酯的工艺研究进展

目的高昂的生产成本制约着绿色包装材料聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHAs)的发展,通过对其生物合成过程中的碳源底物、影响因素的研究,实现其低成本、高效率合成以及规模化应用。方法归纳分析现阶段国内外PHAs的研究现状和成果,介绍合成PHAs的碳源底物、微生物培养方式以及在合成阶段溶解氧(DO)、pH值、碳氮比等因素对PHAs合成效率的影响。结论廉价的生物质资源、合理的碳氮比、多批次好氧/厌氧培养、较低的溶解氧浓度、中性或碱性培养环境已经成为提高PHAs产量、降低PHAs生产成本的重要手段。随着生产工艺的不断优化,绿色生物塑料PHAs的规模化生产及其广泛应用必将推动包装材料向绿色化、安全化方向发展。

非溶剂诱导相转变法制备的聚羟基脂肪酸酯超滤膜的过滤性能

作为一种全生物降解塑料,聚3-羟基丁酸脂-co-4-羟基丁酸酯(P34HB)多孔膜的开发无疑将扩展其应用领域。文中通过非溶剂诱导相转变(NIPS)方法制备了P34HB超滤膜,确定了合适的聚合物制膜浓度,并通过引入相对分子质量分别为400和8000的聚乙二醇(PEGs),探讨了铸膜液组分与孔洞结构、过滤性能之间的关系。结果显示,制备的超滤膜均呈海绵状结构,添加PEGs后膜的抗污染性能有一定提升。添加3.3%PEG400所制成的膜性能最佳,腐殖酸截留率为89%。添加少量的PEG400有利于提高膜的亲水性,从而提高对疏水性污染物腐殖酸的抗污染性能,最终在11 h的过滤过程中保持稳定通量。

温度与应变率对聚羟基脂肪酸酯弹塑性力学行为的影响

为探究温度和应变率对聚羟基脂肪酸酯(PHA)的弹塑性力学行为的影响,首先对2种具有代表性的PHA(牌号分别为EM10080和EM20010)在4种不同的加载速率和2种不同温度下进行准静态单轴拉伸测试研究。测试结果表明2种牌号的PHA的力学性能(杨氏模量、屈服应力)均随温度升高而降低,而随应变率的增加而升高;并且由于EM20010的玻璃态转化温度为55.96℃,因而在22℃时表现出玻璃态的线弹性力学行为,而在62℃表现出橡胶态的弹塑性力学行为;此外,拉伸后样件表面都出现了平行于拉伸方向的微观裂纹,使得材料表面呈现出类似于被“撕裂”的形貌,E10080的撕裂孔呈梭形,而EM20010的撕裂孔呈条状。然后,依据试验数据,采用Johnson-Cook本构模型对EM10080的温度和应变率相关应力应变响应进行了模拟;并分别采用线弹性本构模型和传统弹塑性本构模型对EM20010在室温(22℃)和高温(62℃)下的应力应变响应进行了模拟。

聚羟基脂肪酸酯/茶粉复合材料的制备与性能研究

以茶粉(TPF)为原料,经甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)改性后采用溶液法与聚羟基脂肪酸酯(PHA)复合,制得PHA/TPF复合材料;采用智能拉伸试验机、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪和扫描电子显微镜对复合材料的力学性能、化学结构、热稳定性和微观形貌进行表征,研究了TPF和GMA含量对复合材料性能的影响及其作用机理。结果表明,PHA/TPF复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随TPF的增加呈先增后减的变化趋势;TPF含量为15%(质量分数,下同)时,PHA/TPF复合材料的力学性能最佳,与纯PHA相比拉伸强度提高了约28.87%、断裂伸长率提高了约52.31%。经GMA改性后,TPF在PHA基体中的相容性和分散性得到明显改善,提升了PHA/TPF复合材料的力学性能和热稳定性;随GMA用量的增大,PHA/TPF/GMA复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈先增后减的变化趋势;GMA用量为3%时复合材料性能最佳,与PHA/GMA复合材料相比,拉伸强度提高了约66.03%、断裂伸长率提高了约45.01%。

活性污泥合成聚羟基脂肪酸酯工艺研究进展

本文综述了利用活性污泥合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的各类工艺(厌氧-好氧工艺、好氧动态补料工艺、好氧动态排水工艺),分析了影响活性污泥合成PHA过程中的主要影响因素(有机负荷、碳源种类、营养元素、pH值、温度、溶解氧浓度、生物固体停留时间),以及不同工艺的优劣性.并指出好氧工艺的PHA产量较大,但生产成本较高,故未来量产PHA的目标为降低其生产成本,以及加强PHA的提取纯化.

聚羟基脂肪酸酯合成酶的改造和代谢途径构建的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是许多细菌在非平衡生长条件下在胞内积累的以颗粒状态存在的碳源和能源储藏物质。PHA因其具有生物可降解性、生物相容性等许多良好的材料性质、可以作为化学合成塑料未来的替代品而引起广泛关注。但由短链脂肪酸或单一脂肪酸单体合成的PHA的材料性质具有局限性,需要利用多种单体合成满足实际需求的PHA材料。PHA合成酶的底物特异性和PHA合成代谢途径决定着PHA的单体组成情况,进而影响着PHA的理化特性和材料性能。因此需要对PHA合成酶进行改造,扩展其对底物的特异性。另一方面需要构建新的PHA合成代谢途径,能合成出一些不常见的且性能优良的PHA材料。综述了近些年对PHA合成酶改造的研究及PHA代谢途径构建的研究进展。

聚羟基脂肪酸酯细菌合成的生长环境依赖性

聚羟基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoate,PHA)是一类由许多细菌合成的、结构多变的能量和碳源的储藏物质 .为了得到能合成新型PHA的菌种 ,或得到能在便宜简单碳源上合成PHA的菌种 ,以我们实验室开发的傅立叶红外 (FT IR)细胞无损检测技术和常规气相色谱 (GC)法对全国各地的采集的不同样品中分离的菌种进行了筛选 .往往在不同的地理环境中 ,筛选出的菌株所合成的PHA的单体组成不同 ,有的以含四个或五个碳原子的短链单体PHA(Short chain lengthPHA ,sclPHA)为主 ,有的以含六个到十六个碳原子的中长链单体PHA(Medium chain lengthPHA ,mclPHA)为主 .在我们以六种底物为碳源培养的 371株形态不一的菌株中 ,有 40 %的菌可以合成PHA ,而其中许多可以同时合成PHB与中长链PHA共混的聚合物 .

聚羟基脂肪酸酯的微生物合成、性质和应用

聚羟基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoates ,PHA) ,是微生物合成的一种聚酯 ,由于其具有优良性质 ,如生物可降解性、生物相容性和光学性能等 ,现已吸引了科技界和工业界的广泛兴趣 .PHA的力学性质依赖于其手性单体 (R) 羟基脂肪酸 ((R) hydroxyalkanoate)的组成和结构 .多学科的研究表明 ,PHA在可生物降解的包装材料、组织工程材料、缓释材料以及电学材料方面有广阔的应用前景 ,但只有降低PHA的生产成本后才可能大规模应用 .作者对PHA的化学、物理性质以及分子领域的研究进行了总结 ,包括用二维傅立叶变换红外技术对PHA的性质研究及新型PHA共聚物的工业化生产等 .

可生物降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)的合成与应用概述

聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,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。PHA具有良好的生物相容性能、生物可降解性和塑料的热加工等性能。文章主要综述了PHA的合成途径与有关应用方面的研究。

嗜水气单胞菌合成含3-羟基戊酸单体的聚羟基脂肪酸共聚酯的研究

分别利用葡萄糖或葡萄糖酸钠与十一碳酸、月桂酸与十一碳酸为混合碳源进行嗜水气单孢菌 (Aeromonashydrophila)菌株 4AK4的摇瓶培养 ,实现了含有 3 羟基戊酸 (3HV)单体的聚羟基脂肪酸酯的微生物合成。当使用葡萄糖或葡萄糖酸钠与十一碳酸为混合碳源时 ,野生型A .hydrophila 4AK4及含有 3 羟基丁酸辅酶A合成基因phaA和phaB的重组A .hydrophila 4AK4 (pTG0 1 )能够合成 3 羟基丁酸 (3HB)与 3HV的共聚物 ,且葡萄糖或葡萄糖酸钠与十一碳酸比例为 1∶1时最利于细胞生长和PHA的积累。当使用月桂酸和十一碳酸为混合碳源时 ,A .hydrophila4AK4能够合成 3HB、3HV与 β 羟基己酸 (3HHx)的共聚物 ,且随着混合碳源中十一碳酸的含量增加 ,A .hydrophila4AK4合成的PHA中 3HV的比例增加 ,而 3HB和

改性方式及马来酸酐添加量对淀粉/聚羟基脂肪酸酯复合膜性能的影响

以羟丙基交联木薯淀粉、聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate,PHA)为成膜基材,马来酸酐(maleic anhydride,MAH)为增容剂,采用挤压吹塑法制备淀粉/PHA复合膜。马来酸酐通过两种不同方式加入淀粉/PHA体系中,即淀粉、PHA与MAH直接共混挤出(直接添加处理)和PHA先与MAH干法改性,再与淀粉共混挤出(干法改性处理),且MAH的添加量分别为1%、3%和5%。研究改性方式及MAH添加量对膜性能的影响。结果表明:PHA质量分数为12%时,由直接添加处理1%MAH所成膜具有较高的抗拉强度和透光率,较好的阻水性、热稳定性和相容性,且具有较为平滑均匀的微观结构;由干法改性处理5%MAH所成膜的断裂伸长率较高,膜表面较为平整光滑。PHA质量分数为24%时,由直接添加处理3%MAH所成膜具有较高的抗拉强度,较好的阻水性、热稳定性,且微观结构较为平滑均匀;由干法改性处理3%MAH所成膜具有较好的机械性能;由干法改性处理5%MAH所成膜具有较高的透光率。傅里叶变换红外光谱表明MAH的添加能够增强各分子间的相互作用。综合膜的各项性能得出,当PHA质量分数为12%时,由直接添加处理1%MAH所成膜具有较优的性能;当PHA为24%时,由直接添加处理3%MAH所成膜的性能较优。