保利(3-Hydroxyalkanoates):生物可降解塑料

文摘

在1920年的一个聚酯保利(3-hydroxybutyrate)是在细菌细胞中发现的。这种化合物,也称为PHB,聚酯家族的一部分被称为polyhydroxyalkanoates (pha)。Polyhydroxyalkanoates作为能源使用和碳存储某些细菌细胞内化合物。Polyhydroxyalkanoates (pha)热塑性塑料,生物降解聚酯合成的一些细菌可再生碳源。然而,他们的应用程序是有限的高生产成本。Polyhydroxyalkanoates (pha)吸引了全球研究和商业利益,因为他们可以作为可生物降解的热塑性塑料,也因为他们可以从可再生资源生产。本文将概述的合成和降解polyhydroxyalkanoates (pha),发展可降解塑料及其潜在生产棕榈油等可再生资源产品。

关键字

pha,生物可降解塑料、植物性油、棕榈油、棕榈酸

介绍

Polyhydroxybutyrate (PHB),生物可降解塑料,是最常见的polyhydroxyalkanoate (PHA)生产存储材料由细菌增长受限条件下(1]。PHA近80年前首次被发现,但只是在过去的几十年里有它的热塑性弹性体的性能被认为(2]。可生物降解塑料可完全降解在比较快的时间有限₂和H₂在最优条件下(阿3]。PHA可以用来产生一个广泛的环保工业聚合物。生产生物塑料的首次尝试拟南芥的地方等。(4]。

PHA_制程共聚物可以使用各种基质生产包括植物油。由于他们长碳数,这些基质有很高的能量也以良好的细胞生长和能量代谢。此外,各种脂肪酸的结构相似的线性PHAMCL使其成为一个更有吸引力的选择。

PHA_制程可能会产生脂肪酸和脂肪酸植物油通过β-oxidation通路为唯一PHA生物合成途径(5]。原料在pha的生产棕榈油是可取的,因为他们是大多数糖相比相对便宜。从理论上讲,pha的收益率从葡萄糖范围从0.3 - 0.4 g P (3 hb) / g的葡萄糖(6]。另一方面,植物石油产量预计将产生更高的PHA因为它包含每重量的碳含量高于简单的糖。

只有少数报告pha生产使用廉价的可再生碳源如棕榈油(7]。

pha生产

研究人员随后几个不同途径追求高收益,成本生产PHA在植物的有效方法。叶绿体表达被选为该网站由于其高含量的聚合物前体乙酰辅酶a(通常用于脂肪酸生物合成)。(8]。PHB植物多数以这种方式有一个阈值约3%之前萎黄病的表型表达。萎黄病是一个条件的植物产生的叶绿素水平不足,这让小photo-synthesize和生产能力的工厂所需要的碳水化合物长(9]。

糖(10),植物油(11- - - - - -14和一些农业副产品如甜菜糖蜜15],alphechin废物[16)和淀粉的各种相对廉价的可再生资源正在研究PHA的生产。

pha的性质和实际应用

pha有潜在使用生物塑料由于其高分子量,手性高分子结构,生物可降解脂肪族酯(17]。这些材料属性类似于中提取的石化产品的热塑性塑料和弹性体,但不是有毒的环境(18]。细菌降解PHA在环境中使用几种酶,如PHA解聚酶、脂酶、酯酶(19]。pha一般分为短期或中期链长pha (sci - MCL-PHA分别)。

物理和PHA共聚物的热性能可以由不同的分子结构和共聚物组成。P (3 hb)均聚物是一种相对僵硬,脆性材料。HA共聚单体的引入为P (3 hb)链大大改善其力学性能(20.,21]。聚酯的PHA的家庭提供了多种聚合物材料表现出不同的属性,从水晶塑料很难弹性橡胶。PHA的材料像热塑性塑料的融化温度50 - 180°C (20.]

pha是有前途的材料为各种应用程序,因为他们有用的机械性能和可生物降解和生物相容性。因此,pha最近在生物医学领域兴趣(22]、[23]。弹性MCL-PHAs更适合生物医学应用程序由于其物理特性。但是,直到现在,这些应用程序被低有限物理特性和高疏水性的这些聚合物24]。此外,为了让MCL-PHAs作为选择的材料在生物医学领域,其亲水性必须适合特定的应用程序。因此,尝试修改的属性MCL-PHAs用化学和物理方法,如混合、交联、接枝共聚,吸引了大量的利益。(25]。

pha的生物降解性

生物塑料,视为可持续生活的前沿,可以分为三个类别:化学合成聚合物如聚乳酸(PLA)、聚(3-caprolactone) PCL,聚乙烯醇(PVA)和聚(环氧乙烷)(PEO);淀粉基生物降解塑料即starchpolyethylene (PE)最后polyhydroxyalkanoates (PHA)微生物合成100%生物可降解聚合物26,27)表明,聚(3-hydroxybutyrateco - 3-hydroxyvaerate) PHBV完全退化6之后,75年和350年周厌氧污水、土壤和海水。pha的主要优势在其他类型的可降解塑料,它们不需要特殊的环境条件,可以迅速退化在有氧和无氧条件下,从而解决空间问题在垃圾填埋场28]。

结论

原材料,如廉价植物油和废植物油,是替代基质,可以用来降低PHA的生产成本。在这种背景下,PHA的利息在本研究在于其潜在的使用可降解塑料废物处理技术的基础上,用一个温和的生物塑料产品的价格。废植物油的生产是一个非常有用的衬底PHA的细菌,因为它有一个类似的成分(甘油、软脂酸(16:0)、油酸(第18章)和亚油酸(C18:2)]。(29日]。

本综述的目的是启动生产pha在油棕和研究油棕生物化学组成的合成和降解的pha软脂酸pha充当终端碳汇和最后,生产转基因油棕合成pha的商业化。30.]

根据收集的丰富的信息,到目前为止,PHA似乎有望作为一种环境友好型高分子材料。在这样一个世界萎缩的石油储备和越来越多的环境问题,PHA绝对是一个潜在的候选人,值得进一步探索。PHA的生物相容性的性质及其潜在的应用在医学领域也应该不会被忽视。(31日]

引用

1. PJ高级,EA道斯。poly-beta-hydroxybutyrate代谢的调控固氮菌beijerinckii。j . 1973; 134:225 - 238。
2. Y地方,DE丹尼斯,K Klomparens, C萨默维尔市。Polyhydroxybutyrate、可生物降解的热塑性塑料生产的转基因植物。Sci(纽约,纽约州1992;256:520 - 523。
3. Lossl、C Eibl HJ Harloff C荣格,胡锦涛Koop。聚酯合成在transplastomic烟草(烟草l .):减少polyhydroxybutyrate与增长相关的重要内容。植物细胞众议员2003;21:891 - 899。
4. Y的地方。Polyhydroxyalknoate合成植物作为生物技术工具和脂质代谢的基本研究。食物脂质研究》2002;41:131 - 155。
5. P Suriyamongkol R Weselake S Narine, M Moloney,沙。生物技术生产的方法在微生物和植物polyhydroxyalkanoates——审查。Biotechnol放置2007;25:148 - 175。
6. M秋山,T Tsuge Y Doi。环境生命周期比较polyhydroxyalkanoates细菌发酵产自可再生碳资源。保利Degr刺。2003;80:183 - 194。
7. KS IKP Tan Kumar M Theanmalar, SN Gan B戈登三世。皂化棕榈仁油和其主要游离脂肪酸碳基质生产的假单胞菌polyhydroxyalkanoates putida PGA1。生物科技:Microbiol》。1997; 47:207 - 211。
8. JJ比尤利斯奈尔MN Somleva, KD, OP, BR驻军,NA。帕特森。增值副产品生产polyhydroxybutyrate柳枝稷,一个重要的木质生物质作物。生物科技植物》j . 2008; 6:663 - 678。
9. L Kourtz K狄龙,道奇乐团,OP,斯奈尔KD。PHB化学诱导表达的生物合成途径在拟南芥。反式研究》2007;16:759 - 769。
10. 齐藤(a) K Nakayama, T, T福井,Y Shirakura K获利。净化和属性的细胞外聚(3-hydroxybutyrate)解聚酶从假单胞菌lemoignei。827:63 Biochimica et Biophysica学报。1985;72;张(b) K, T M Shiraki斋藤。净化细胞外的D - (-) 3-hydroxybutyrate低聚物水解酶从假单胞菌sp.菌株A1和基因的克隆和测序。J Bacteriol。1997; 179:72 - 77。
11. 男男Annuar IKP Tan,易卜拉欣,KB拉马钱德兰。Medium-Chain-Length保利(3-hydroxyalkanoates)从原油生产脂肪酸混合物putida假单胞菌。食物Biopr Proc。2007; 85:104 - 119。
12. Y Shirakura T福井,T Tanio K Nakayama R Matsuno, K获利。一个细胞外D (-) 3-hydroxybutyrate低聚物水解酶从粪产碱杆菌属。Biochimica et Biophysica学报。1983;748:331 - 339。
13. Steinbuchel B安德森。生物合成和3-hydroxypropionate-containing聚酯的生物降解。应用环境Microbiol。2010; 76:4919 - 4925。
14. 我。李崔SY。流程分析和经济评价聚(3-hydroxybutyrate)生产发酵。Biopr Eng。1997; 17:335 - 342。
15. WJ页面。生产的polyhydroxyalkanoates固氮菌vinelandii UWD甜菜糖蜜文化。《列托人。1992、103、149 - 157。
16. K Sudesh。从棕榈油Polyhydroxyalkanoates:生物可降解塑料,施普林格,2012年。
17. N Angelova, D Hunkeler。高分子生物材料的设计更加合理化。生物科技趋势》。1999;17:409 - 421。
18. 《GQ》陈、吴问。polyhydroxyalkanoates作为组织工程材料的应用。Biomat。2005; 26: 6565 - 6578。
19. Y金做的,MG涌,YH Rhee HW Kim。的生物合成、改性和生物降解细菌medium-chain-length polyhydroxyalkanoates。J Microbiol(首尔,韩国)。2007;45:87 - 97。
20. Y Doi Kitamura, H安。微生物合成和表征聚(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate)。絮凝28:4822 1995;4828年。
21. PA福尔摩斯。生物生产(R) 3-hydroxy -链烷酸酯聚合物和共聚物。结晶聚合物的发展(Ed。: d . c .巴),激飞荷兰,1988年,页1 - 65。
22. 科幻威廉姆斯,DP马丁,DM霍洛维茨,OP人民。PHA应用程序:在价格性能问题:即组织工程。Int J絮凝杂志。1999;25:111 - 121。
23. 米辛,B Witholt, T艾格力。发生,合成和医疗应用细菌polyhydroxyalkanoate。阿德药物Del启2001;53:5-21。
24. 凯斯勒Witholt B, B。视角中等链长聚(hydroxyalkanoates),一组通用的细菌生物塑料。生物科技当今》。1999;10:279 - 285。
25. D Mallarde M Valiere C大卫,P M Menet,吉林。水解降解性的聚(3-hydroxyoctanoate)和聚(3-hydroxyoctanoate) /聚(R, S-lactic酸)混合。聚合物。1998;39:3387 - 3392。
26. VG Dovi F fiedl的用于检查电子邮件地址,D Huisingh, JJ Klemeš。对未来可持续发展的清洁能源。J清洁刺激。2009;17:889 - 895。
27. SY李,细菌polyhydroxyalkanoates。Biotechnol Bioeng。1996; 49:1-14。
28. Y Tokiwa BP Calabia。微生物降解的聚酯。Biotechnol。2004; 26:1181 - 1189。
29. PG病房,G de Roo,奥康纳。从苯乙烯、苯乙酸积累polyhydroxyalkanoate假单胞菌putida CA-3。应用环境Microbiol。2005; 71:2046 - 2052。
30. OP, AJ Sinskey。Poly-beta-hydroxybutyrate (PHB)生物合成的产碱杆菌属eutrophus H16。识别和描述的PHB的聚合酶基因(phbC)。J生物化学杂志。1989;264:15298 - 15303。
31. Shrivastav, H。可能是金正日,Y.-R。金姆。进步Polyhydroxyalkanoate纳米颗粒的应用新型药物输送系统。生物医学Res 203:12 Int。