生物塑料包括源自植物基材料、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品和其他可再生生物質(zhì)來(lái)源的塑料，以及那些能夠通過(guò)微生物自然降解的塑料。與從石油等化石燃料中提取的傳統(tǒng)塑料不同，可生物降解的生物塑料無(wú)塑料污染問(wèn)題，從而減少了對(duì)環(huán)境的影響。

PHA目前在生物塑料中受到熱捧。PHA源自微生物合成，由于做成的產(chǎn)品應(yīng)用外觀(guān)與塑料相似，一直被稱(chēng)為生物“塑料”。但實(shí)際上，PHA=生物塑料嗎？微構(gòu)工場(chǎng)與清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)共同在Biotechnology Advances上發(fā)表題為PHA is not just a bioplastic! 的文章，一起來(lái)看看哪些證據(jù)說(shuō)明PHA不僅僅是生物“塑料”。

來(lái)源≠生物塑料

PHA是天然產(chǎn)生并儲(chǔ)存在許多革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性細(xì)菌中的物質(zhì)。

不同的微生物可以產(chǎn)生具有不同分子結(jié)構(gòu)、單體比例和分子量的PHA。聚-3-羥基丁酸酯 （PHB） 可能是最豐富和最廣泛研究的 PHA，許多細(xì)菌都可以合成PHB，包括鉤蟲(chóng)貪銅菌、羅氏真氧菌、鹽單胞菌和某些芽孢桿菌和鏈霉菌屬。迄今為止，大約有 92 個(gè)細(xì)菌屬已經(jīng)證明了能在厭氧和好氧條件下合成PHA，合成超過(guò)160種PHA單體，并且每年都有新的PHA單體被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。

合成過(guò)程≠生物塑料

一般的生物塑料是從淀粉中水解得到葡萄糖，再經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵得到中間產(chǎn)物，進(jìn)一步通過(guò)化學(xué)高溫高壓縮合聚合或開(kāi)環(huán)聚合而成，而PHA的合成與生產(chǎn)過(guò)程與一般的生物塑料有著較大差異。

首先，細(xì)菌會(huì)根據(jù)其代謝和PHA聚合酶基因合成不同的PHA。因此利用基因工程、代謝工程等手段，可以去增強(qiáng)PHA的產(chǎn)生能力。

在發(fā)酵過(guò)程中，微生物通過(guò)利用培養(yǎng)基中的碳源和氮源來(lái)生長(zhǎng)，并逐漸積累體內(nèi)的PHA含量。通過(guò)控制發(fā)酵條件，包括溫度、pH 值等，可以實(shí)現(xiàn)PHA生產(chǎn)的優(yōu)化。選擇的碳源通常來(lái)自可再生資源，如糖、植物油和工業(yè)副產(chǎn)品；而發(fā)酵過(guò)程也可以連續(xù)進(jìn)行，整個(gè)過(guò)程也不再需要高溫高壓的條件。

材料性能≠生物塑料

通過(guò)代謝工程的努力，可以對(duì)合成的PHA進(jìn)行“微調(diào)”，以符合不同產(chǎn)品的不同要求，從而實(shí)現(xiàn)材料特性的定制化，如延展性、彈性、導(dǎo)熱性和透明度。

短鏈PHA（scl-PHA）的性能幾乎與PP和PET相當(dāng)，中鏈PHA（mcl-PHA）則猶如橡膠和彈性材料，可用于多種應(yīng)用。分子量達(dá)數(shù)百萬(wàn)的超高分子量PHA已被證明可在高強(qiáng)度纖維中應(yīng)用，例如漁網(wǎng)，繩子等。

在其他生物基材料中，例如纖維素基材料在紙張和紡織品等應(yīng)用中具有特定優(yōu)勢(shì)，但不如PHA的性能廣。此外，從玉米或植物物質(zhì)中提取的生物基塑料僅限于所選原料的固有特性。相比之下，PHA表現(xiàn)出廣泛的特性，可以針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行定制，這種多功能性比源自纖維素或淀粉的生物基材料更具優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)用場(chǎng)景＞生物塑料

與更廣泛的生物塑料類(lèi)別相比，PHA表現(xiàn)出獨(dú)特的品質(zhì)、應(yīng)用和特征。這種獨(dú)特性包括它們的多功能性、多樣化的分子結(jié)構(gòu)，以及在超出傳統(tǒng)生物塑料范圍的一系列能力。

不同的PHA聚合物和共聚物可以模仿石油衍生塑料的功能，提供一種可生物降解、無(wú)毒和環(huán)保的替代品?，F(xiàn)在有多種PHA單體能夠取代一些從消費(fèi)品到包裝的化石燃料衍生塑料。它們可以被設(shè)計(jì)成具有不同程度的靈活性、強(qiáng)度和透明度，使其可用于各種行業(yè)。

PHA已被證明是包裝材料中一種非常寶貴的環(huán)保選擇，可用于薄膜、泡沫、紙張涂料、吸管等。

在紡織工業(yè)中，PHA提供了一種可持續(xù)的纖維替代品，而其作為廢水處理中反硝化的碳源的應(yīng)用還展示了其在環(huán)境修復(fù)方面的多功能性。

PHA的生物相容性、無(wú)毒性和抗菌特性可以被擴(kuò)展應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域。由于其在體內(nèi)無(wú)害分解的能力，PHA已被應(yīng)用于組織工程植入物、細(xì)胞生長(zhǎng)基質(zhì)、藥物載體等。

PHA還可以自然隔離氮，已被證明對(duì)植物生長(zhǎng)有益，并且是動(dòng)物飼料的健康替代品，可用于農(nóng)業(yè)中的許多應(yīng)用。

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