塑料细菌?细菌生产聚羟基脂肪酸酯的进展与前景
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聚羟基脂肪酸酯市场分析现状概述聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxy fatty acid ester,简称Polyglycerol esters)是一类由聚甘油和脂肪酸酯化而成的产物。
它具有较高的抗氧化性质、乳化性能和稳定性,因此在食品加工和个人护理产品中得到广泛应用。
本文将重点分析聚羟基脂肪酸酯市场的现状,并对其未来发展进行展望。
市场规模聚羟基脂肪酸酯市场近年来呈现稳步增长的趋势。
其应用领域包括食品、化妆品、医药等多个行业。
根据市场调研数据,全球聚羟基脂肪酸酯市场规模在近五年间年均增长率达到10%,预计到2025年,市场规模将超过10亿美元。
其中,亚太地区是最主要的市场,其占据全球市场份额的35%以上,北美地区和欧洲地区紧随其后。
市场驱动因素聚羟基脂肪酸酯市场的增长主要受以下因素的驱动:1. 健康意识的提升消费者对健康食品和个人护理产品的需求增加,推动了聚羟基脂肪酸酯市场的增长。
聚羟基脂肪酸酯在食品中可以替代一部分传统的动物性油脂,有助于降低胆固醇和饱和脂肪酸的摄入量,符合现代消费者对低脂、低胆固醇食品的偏好。
2. 化妆品和个人护理品市场的扩大随着人们对个人形象的重视和生活质量的提高,化妆品和个人护理品的市场规模不断扩大。
聚羟基脂肪酸酯作为一种天然、低刺激性的乳化剂和稳定剂,能够提升产品质量和使用体验,得到了美容产品生产商和消费者的青睐。
3. 工业应用的拓展聚羟基脂肪酸酯在医药、农药、塑料和涂料等工业领域也有一定的应用。
近年来,这些领域的发展带动了对聚羟基脂肪酸酯的需求增加,推动了市场的扩大。
市场挑战聚羟基脂肪酸酯市场在发展过程中面临着一些挑战:1. 技术壁垒聚羟基脂肪酸酯的制备技术相对较为复杂,生产成本较高,这给新进入者带来了一定的挑战。
此外,聚羟基脂肪酸酯的稳定性和乳化性能要求较高,市场上较优质的产品技术要求更严格,限制了市场的竞争程度。
2. 法规限制聚羟基脂肪酸酯的生产和使用受到不同国家和地区的法规限制和监管,例如对添加剂的使用和浓度限制等。
第38卷第10期2010年10月化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICAL M A T ERIA L S Vo l 38No 101行业述评作者简介:陈国强(1963-),男,博士,教授,教育部长江学者特聘教授、第八届中国青年科技奖、自然科学基金委国家杰出青年、纽伦堡国际发明奖、国家发明二等奖(排名第一),茅以升科技奖、教育部高校青年教师奖等,长期从事 微生物和生物材料 的研究。
生物高分子材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)开发现状及产业化前景分析陈国强(清华大学生命科学学院,北京100084)摘 要 聚羟基脂肪酸酯(PH A)是一种具有高分子基本性质的可热塑加工成型的生物聚酯。
本文综述了PH A 的产业化情况以及在生物燃料、精细化工、医药营养、微生物抗逆等领域的应用和产业研究进展,并分析其产业价值链。
关键词 聚羟基脂肪酸酯,生物燃料,精细化工,医药营养Current status and industrialization of biopolyesterspolyhydroxyalkan oate(PHA)Chen Cuo qiang(Schoo l of Life Sciences,T sing hua U niv ersity,BEijing 100084)Abstract Po ly hy drox yalkano ates (PH A )ar e ther moplastic bio po ly mers w it h basic po lymer pr operties.T his paperreviews the status o f PH A indust ry,the applicatio n and r esear ch pr og ress of PH A on biofuel,f ine chemicals,medicine,nutr ient s,micro bial r esistence and ot her areas.T his paper also discusses the industr y value chain of P HA.Key words po ly hydrox y alkano ates,biofuel,fine chemicals,medicine nutr ients生物聚酯 聚羟基脂肪酸酯(P HA )作为生物塑料、精细化学药品、可植入的生物材料、内服药和生物燃料的应用也日趋成熟。
生物降解塑料的发展与应用前景随着人们对环保意识的提升,对传统塑料污染的关注度也在逐渐增加。
在这一背景下,生物降解塑料作为一种可替代传统塑料的新型材料,不仅受到了广泛关注,同时也拥有广阔的发展前景。
生物降解塑料是一种利用微生物酶、细菌等生物降解塑料的材料。
与传统塑料不同的是,生物降解塑料可以在自然环境中迅速分解,减少对环境的污染。
首先,生物降解塑料的发展趋势不可忽视。
在过去的几十年中,生物降解材料的研发和应用取得了显著进展。
例如,聚乳酸(PLA)是一种常见的生物降解塑料,由可再生植物原料制成,可生物降解为二氧化碳和水。
聚乳酸不仅具有与传统塑料相当的性能,而且在降解过程中不会产生有害物质,对环境友好。
此外,还有其他生物降解塑料如聚羟基脂肪酸酯(PHA)、土豆塑料等也在不断发展壮大。
可以预见,随着先进技术的不断演进,生物降解塑料的种类和性能将进一步丰富和改善。
其次,生物降解塑料在各领域的应用前景广阔。
随着环保要求的不断提升,生物降解塑料在食品包装、农业、医疗等领域都有着巨大的应用前景。
在食品包装领域,生物降解塑料可以减少传统塑料包装带来的污染问题,同时保鲜性能也得到了不错的改善。
在农业领域,生物降解塑料可用于农膜、温室覆盖膜等,而这些传统塑料在使用后往往难以回收处理,导致土壤污染。
而在医疗领域,生物降解塑料的存在可以有效降低医疗废弃物对环境的影响。
可以预见,随着生物降解塑料技术的不断成熟,其在各个领域的应用将迎来更加广泛的发展。
此外,生物降解塑料的发展也面临一些挑战。
首先是降解速度的控制问题。
人们希望生物降解材料在使用寿命内能够保持稳定性,而在废弃后又能在合理的时间内分解。
因此,如何控制生物降解塑料的降解速度,既能延长使用寿命,又能保证环境友好,是亟待解决的问题。
其次,生物降解塑料的成本也是一个关键因素。
目前,生物降解塑料的生产成本相较传统塑料较高,造成了大规模应用的困难。
因此,如何在不降低生物降解塑料性能的前提下,降低生产成本,提高生物降解塑料的竞争力,是未来发展的关键。
2024年PHA工业市场需求分析引言PHA(聚羟基脂肪酸酯)是一种生物可降解塑料,其在工业市场上具有广泛的应用前景。
本文将对PHA工业市场的需求进行分析,探讨其潜在的市场规模,以及各个行业对PHA的需求情况。
PHA的概述PHA是一类由微生物合成的生物塑料,具有可降解性、可生物合成和可生物降解等特点。
由于其对环境友好、可持续发展等优势,PHA在传统塑料替代、医药、农业等领域得到了广泛关注。
PHA工业市场需求潜力传统塑料替代市场PHA作为一种可降解塑料,可以替代传统的石油基塑料。
随着环境保护意识的增强和政府相关政策的出台,传统塑料袋、包装材料等行业对PHA的需求逐渐增加。
根据市场研究机构的数据,目前传统塑料替代市场对PHA的需求占到总需求的一半以上。
医药领域需求PHA具有良好的生物相容性和可生物降解性,因此在医药领域也有着广阔的应用前景。
目前,PHA已经被应用于缝合线、给药系统、组织工程材料等方面。
随着人们对医疗保健品质量要求的提高和生物可降解性材料需求的增加,PHA在医药领域的需求将进一步增长。
农业领域需求PHA作为一种可生物降解材料,可以应用于农业领域,如农膜、肥料包衣等。
PHA对土壤环境影响小,不会造成环境污染,因此在现代农业发展中具有重要作用。
伴随着农业模式的转型和可持续农业的需求增加,PHA在农业领域的市场需求也将持续增长。
PHA工业市场前景根据当前市场需求的增长趋势和预测,PHA在工业市场的前景非常广阔。
市场需求持续增长随着环境保护意识的不断增强和可降解塑料需求的增加,PHA作为一种生物可降解塑料,其市场需求将继续保持上升的趋势。
技术进步推动创新PHA的制备技术不断进步,新的PHA材料的研发不断涌现。
技术进步将进一步推动PHA市场的发展,为各个行业提供更多创新应用的可能性。
政策支持助力发展政府出台的环保政策和降解塑料的限制措施将进一步促进PHA在市场中的发展。
政策支持将为PHA工业市场提供更多机会和发展空间。
2024年聚3-羟基烷酸酯(PHA)市场前景分析引言近年来,聚3-羟基烷酸酯(PHA)作为一种可生物降解的高分子材料,受到了广泛关注。
在当前全球推动环保和可持续发展的背景下,PHA作为一种绿色替代品,具有广阔的市场前景。
本文将对聚3-羟基烷酸酯(PHA)的市场前景进行分析,并探讨其发展趋势和应用领域。
聚3-羟基烷酸酯(PHA)概述聚3-羟基烷酸酯(PHA)是由微生物通过发酵合成的一类可生物降解的聚合物。
它具有良好的可加工性和生物相容性,适用于各种应用领域。
与传统的塑料相比,PHA在自然环境中可以分解成水和二氧化碳,不会对环境造成污染,因此备受青睐。
市场前景分析1. 市场规模扩大随着环保意识的提高和对可生物降解材料的需求增加,聚3-羟基烷酸酯(PHA)的市场规模呈逐年增长的趋势。
据市场调研机构统计数据显示,预计未来几年PHA 市场规模将保持稳定增长,并有望超过一百亿美元。
聚3-羟基烷酸酯(PHA)具有良好的可塑性和可加工性,在包装、医疗、农业等领域有广泛的应用前景。
以包装领域为例,PHA可以用于制作可降解的塑料袋、容器等,代替传统的塑料制品,降低塑料污染。
另外,PHA还可以应用于医疗领域,制作医用敷料、植入材料等,带来更好的生物相容性和降解性能。
3. 技术进步和成本降低随着绿色技术的发展和生产工艺的改进,聚3-羟基烷酸酯(PHA)的生产成本逐渐降低。
目前,许多企业已经开展了研发工作,并逐渐实现了工业化生产。
随着技术进步的不断推进,PHA的生产成本将进一步降低,有助于推动市场的发展。
发展趋势展望1. 深化产品研发随着对可生物降解材料的需求增长,聚3-羟基烷酸酯(PHA)的研发工作将进一步加强。
未来,科研机构和企业将继续探索PHA的改性和功能化,以满足不同领域的需求,并提高其性能和稳定性。
2. 提高生产效率聚3-羟基烷酸酯(PHA)的生产过程较为复杂,并且目前的生产效率较低,这也是制约其市场发展的一个因素。
PHA工业市场发展现状引言PHA(聚羟基脂肪酸酯)是一类生物降解塑料,由于其良好的可降解性和可生物制备性,在环境保护和可持续发展方面表现出巨大的潜力。
本文将从目前PHA工业市场发展的角度出发,对其现状进行探讨。
市场规模与增长在过去几年中,PHA工业市场经历了快速增长。
根据市场研究报告,2020年PHA全球市场规模达到X万吨,相比2016年的X万吨,年均复合增长率为X%。
预计到2025年,PHA市场规模将进一步扩大至X万吨。
这表明PHA在市场上的受欢迎程度和需求增长的趋势。
应用领域PHA在不同领域的应用也在不断拓展。
它的可降解性使其成为一种理想的替代传统塑料的材料。
目前,PHA广泛应用于包装、农业、医疗和纺织等领域。
1.包装:PHA作为包装材料具有优越的降解性,能够有效减少环境污染。
食品包装、运输包装和日常用品包装等领域都已开始使用PHA材料。
2.农业:PHA的应用在农业领域发挥了重要作用。
例如,PHA材料可以制造农膜,有效保护农作物并减少土壤和水体的污染。
3.医疗:PHA材料在医疗领域的应用也受到关注。
PHA可以制造生物可降解的医疗器械和医疗耗材,可有效减少对环境的负面影响。
4.纺织:PHA在纺织领域的应用也越来越受到重视。
PHA纤维具有良好的可降解性和可生物制备性,作为一种环保纤维材料受到广泛关注。
产业发展挑战虽然PHA工业市场有着广阔的发展前景,但仍面临一些挑战。
1.生产成本:PHA的生产成本相对较高,这主要是由于生物合成过程中的原料和能源成本较高所致。
降低生产成本将是产业发展的重要挑战之一。
2.商业化规模:目前PHA工业生产仍处于相对小规模阶段,无法满足大规模市场需求。
扩大商业化规模将是产业发展的关键。
3.技术创新:PHA生产技术仍在不断创新中。
引入新的生产技术和工艺改进将促进PHA工业市场的发展。
政策支持与市场前景各国政府对环境保护和可持续发展日益重视,为PHA工业市场发展提供了积极的政策支持。
2023年聚羟基脂肪酸酯行业市场分析现状聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)是一种生物降解塑料,具有良好的可降解、可生物降解性能,可以在自然环境中被微生物降解为二氧化碳和水。
在近年来的环境保护和可持续发展的大背景下,PHA行业市场需求逐渐增加,同时也存在市场竞争激烈、技术含量高等问题。
目前,全球PHA的生产主要集中在欧洲、北美及亚洲。
其中在欧洲,PHA主要应用于一次性餐具、食品包装等领域;在北美,PHA则主要应用于医疗器械、生物医药等领域。
在亚洲,PHA主要应用于包装、建筑和纤维等领域。
从市场应用角度看,PHA主要被应用于塑料包装、医疗器械、纺织品、一次性产品、建筑物材料、汽车零部件等领域。
其中,一次性产品是PHA的主要应用领域之一,也正是受到了COVID-19疫情的影响,PHA相关一次性产品需求量大幅增加。
在PHA行业,目前存在几个主要的市场参与者,主要有美国Metabolix,挪威TerraVerdae,日本Bio-on等公司。
而在国内,也有一些公司开始布局PHA市场,如科尔凯、山东博友新材料等公司。
然而,PHA市场的发展并不平坦。
一方面,PHA作为一种生物降解塑料,相比传统塑料具有良好的环保性能,符合可持续发展的理念,未来的市场发展潜力无疑是广阔的。
另一方面,PHA的生产成本相对较高,生产工艺技术含量较高,受到了技术难度、经济成本等因素的制约。
同时,PHA也面临着其他替代品的竞争,如淀粉基、聚乳酸等生物降解塑料。
综上所述,聚羟基脂肪酸酯市场具有广阔的应用前景和潜力,也存在一定的市场机遇和挑战。
在未来的发展中,需要从技术、成本、市场等多方面寻求突破,促进PHA 市场健康有序地发展。
聚羟基脂肪酸酯市场前景分析1. 引言随着消费者对健康和环保意识的增强,聚羟基脂肪酸酯(Polihydroxystearic Acid Esters)作为一种天然、环保的化妆品原料,其市场需求不断增长。
本文将对聚羟基脂肪酸酯市场前景进行分析,并探讨其发展趋势、竞争态势以及市场机遇。
2. 聚羟基脂肪酸酯的概述2.1 定义聚羟基脂肪酸酯是一种由脂肪酸酯和聚羟基脂肪酸组成的化合物,常用作化妆品中的乳化剂和稳定剂。
2.2 特点•可溶于多种常见化妆品成分,具有良好的稳定性和乳化性;•具有良好的渗透性,能够改善化妆品的质感;•天然、环保,并且对皮肤无刺激性。
3.1 市场规模近年来,随着消费者对天然、环保化妆品的需求增加,聚羟基脂肪酸酯市场规模逐渐扩大。
根据市场研究报告,聚羟基脂肪酸酯市场在过去五年内呈现稳定增长,并预计在未来几年持续增长。
3.2 应用领域聚羟基脂肪酸酯在化妆品行业中的应用广泛,包括护肤品、彩妆品、洗发水等。
随着对高品质化妆品需求的增加,聚羟基脂肪酸酯的市场应用将进一步扩大。
4. 聚羟基脂肪酸酯市场竞争态势4.1 主要厂商聚羟基脂肪酸酯市场存在着一些重要的厂商,包括公司A、公司B和公司C等。
这些公司在聚羟基脂肪酸酯的研发、生产和销售方面具有竞争优势。
4.2 竞争策略为了在竞争激烈的市场中取得优势,聚羟基脂肪酸酯厂商们采取了多种竞争策略,包括不断创新、提高产品质量、降低成本等。
5.1 健康意识的增强随着人们对健康意识的增强,消费者越来越注重选择安全、无刺激性的化妆品。
聚羟基脂肪酸酯作为一种天然、环保的成分,将获得更多的市场机遇。
5.2 新兴市场的发展随着新兴市场的崛起,化妆品的需求呈现出快速增长的趋势。
聚羟基脂肪酸酯作为化妆品原料的重要组成部分,将在新兴市场中有更广阔的发展空间。
6. 结论聚羟基脂肪酸酯作为一种天然、环保的化妆品原料,在市场中具有广阔的发展前景。
随着消费者对健康和环保意识的提高,聚羟基脂肪酸酯的市场需求将持续增长。
2023年聚羟基脂肪酸酯行业市场规模分析聚羟基脂肪酸酯作为一种绿色、环保的化学品,在近年来得到了广泛的应用和推广。
它主要用于制造高端的日用化妆品,还可以用于生产药品、食品等领域。
因此,聚羟基脂肪酸酯行业市场规模不断扩大,越来越受到广大企业和消费者的关注。
本文将对聚羟基脂肪酸酯行业的市场规模进行分析。
一、市场概述聚羟基脂肪酸酯市场规模可分为几个方面进行分析:全球、中国和行业。
1. 全球市场规模据调查显示,全球聚羟基脂肪酸酯市场规模在近几年稳步增长。
目前市场规模约在30亿美元左右。
预计到2024年,全球市场规模将达到50亿美元左右,年复合增长率约为8%。
2. 中国市场规模中国作为新兴的经济体,在聚羟基脂肪酸酯行业也有着巨大的潜力。
据统计,中国聚羟基脂肪酸酯市场规模在2020年达到了15亿元人民币以上,其中,纯进口产品占比较大。
随着技术的不断提升和新能源产业的发展,中国聚羟基脂肪酸酯市场规模有望不断扩大。
3. 行业市场规模根据产品种类的差异,聚羟基脂肪酸酯行业市场规模也有所不同。
主要包括聚山梨酸酯、聚甘油酯、聚乳酸酯、聚酯、聚醚等。
目前,聚山梨酸酯和聚甘油酯是聚羟基脂肪酸酯行业市场规模最为广泛的两种产品。
聚山梨酸酯主要应用于护肤品、卫生用品、柔软剂等领域,聚甘油酯主要应用于口罩、橡胶加工等领域。
二、市场驱动因素1. 环保因素近年来,环保问题日益严重,聚羟基脂肪酸酯的生产和应用已逐渐成为一种环保、绿色的发展趋势。
这种绿色的化学品被广泛应用于生产日用化妆品、药品、食品等行业中,受到了广泛的欢迎和推广。
2. 经济因素随着经济的不断发展,人们的消费能力不断提高,对产品的品质和档次也有着更高的要求。
聚羟基脂肪酸酯作为高端日用化妆品生产等领域的基础原材料,其销售收入也随之增加。
3. 技术因素聚羟基脂肪酸酯技术水平的不断提升,能够为产品提供更高质量的保障,同时也为产品的应用提供了更多的方便和可能性,这也提高了聚羟基脂肪酸酯行业的市场规模。
塑料细菌?细菌生产聚羟基脂肪酸酯的进展与前景聚羟基脂肪酸酯是由许多细菌合成为能源和碳存储化合物,也是一种适合生物降解塑料材料。
根据最新研究结果,有几种细菌通过供料培养可获得PHA浓度大于80g/L-1及生产率大于2gPHA/L-1h-1的结果。
生物代谢工程方法扩大了可利用的基质范围和改善了PHA生产方法。
这种方法的优点可以降低当前美国市场PHA16美元一公斤的高昂价格,使得PHA在不久的将来成为一种占市场统治地位的可生物降解材料。
为了让公众增加对石化合成塑料对环境危害性的认识,很多国家出台了针对各种固体废弃物管理政策,其中都包括发展可生物降解塑料以减少废弃塑料的政策。
这些生物可降解塑料材料必须所需的保留传统合成塑料材料性能, 当被丢弃后应该完全降解而不留下任何不良的残留。
PHA是由多种羟基脂肪酸在含有丰富碳源及必要氮磷等营养素的条件下合成的,它是一种储能材料。
PHA还被看成一种可替代合成塑料的材料,因为它拥有当下使用的聚丙烯塑料及合成橡胶相似的热塑性及弹性,并且使用后它可以在土壤、大海、湖泊、下水道等各种条件下被微生物完全降解为水和二氧化碳(在厌氧条件下降解为甲烷)。
聚3-羟基丁酸[P(3HB)]是3-羟基丁酸的均聚物,它是一种被广泛使用性能优异的PHA材料。
许多细菌在合适碳源条件下可以合成拥有不同单体结构的PHA,通常这些结构上的不同会影响PHA成分的不一样。
由于合成酶的定向性PHA中的单体结构都是D-(-)。
在不同细菌中合成的超过90种不同的单体结构被鉴别出来,其中包括含有3-12个碳原子及各种R侧链的3羟基酸脂,含有4-8个碳原子的4羟基烷酸。
但是这些单体结构中只有少部分的生产量可以满足性能表征需求以达到应用目的。
聚3-羟基丁酸是一种部分结晶高聚物,它的性能和聚丙烯相似。
然而由于它热稳定性能不好又太脆阻碍了工业应用。
英国化学工业公司旗下的ZENECA生物制品公司开发的3一轻基丁酸和3一轻基戊酸的共聚物P(3HBco-3HV)具有比聚3-羟基丁酸更好的柔韧性,可以被用来制造许多物品,比如胶片、铜版纸、一次性餐饮用具及瓶子等注塑制品。
P(3HBco-3HV)被大量生产并且BIOPOL品牌的制品在市场售价高达16美元一公斤。
而同样的聚丙烯塑料售价只有1美元每公斤,因此价格问题是阻碍PHA商业应用的主要原因。
人们已经投入大量精力去想办法降低成本,比如培养更好的菌株、开发更高效和经济的发酵及处理工艺流程。
最近的许多综述论文中也关注了以下方面研究:PHA的一般性能研究,PHA生物合成中的生理和基因研究,物理化学性能研究,产品及后处理研究。
本文主要关注了各种不同细菌生产的PHAS产品的处理方法及应用前景,以及讨论了菌株改良和新型合成物的现状及未来发展。
产品策略虽然很多种PHA见诸于各种论文,但只有其中很少部分材料性能好的能够投入应用。
它们是P(3HB),P(3HB-co-3HV),P(3HV),聚(4-羟基丁酸)[P(4HB)]和聚(3-羟基己酸-co-3-辛酸) [P(3HHx-co-3HO)]。
其他还有PHA由于比如基质昂贵或有毒,菌株培养困难,聚合物积累太慢等各种原因,只是少量生产。
目前已发现超过300中细菌可以产生PHA,但只有如产碱杆菌属(Alcalligenes)、假单胞菌属(Pseudomonas)、甲基营养菌(Methylot汽少hs)、固氮菌属(Azotobacter)和红螺菌属(Rhodo胡irillum)等少数几种被用于生产。
这些菌种都是由于它们具有容易达到高的细胞密度来获得PHA高出产量(定义为PHA出产量对生产细菌干细胞浓度的百分比),而所需要时间较短,所以生产能力(定义为细菌生产PHA的生产速率KG/L*H)很高。
高生产率是选择生产这些生物可降解聚合物生物反应器的一个最重要因素。
碳源是基质成本的重要组成部分。
在同一反应环境中,PHA在碳源中的生成率(定义为每克碳源能生产多少PHA物质)应该做到尽可能高而不是浪费在生产非PHA物质。
在一个给定的条件下,应当使用单位时间累积的PHA的量来衡量细菌的生产能力。
高的PHA积累量才有高的PHA 转化率,这对于恢复过程是有好处的。
发酵策略细菌用于生产PHA的过程由于合成方法内容不同可分为两个类别。
第一个类别细菌是合成过程对N,R,M g,K,O,S及富余碳源有严格要求,而第二个类别细菌对营养素没有要求,在生长过程中积累出PHA产物。
产碱细菌、滴虫菌及食油假单胞菌及其他多种细菌属于第一类别,而其他诸如一些固氮菌的变异体及重组大肠杆菌等属于第二类别。
因此,在培养高效生产PHA细菌时因充分考虑这些特点,这就产生了连续生产及间歇生产两种不同的PHA积累方法。
在第一种类别的细菌适用于使用间歇生产方法,其中两步积累法(并不需要使用两个不同的发酵容器)应用广泛。
首先在不加入营养素让细菌生长到要求浓度,再向其中加入控制内容的营养素使细菌合成积累PHA物质。
在有营养素阶段,剩余细菌浓度(定义为细菌总浓度去PHA浓度)是不变的,而细菌总浓度的增加只是由于PHA的累积。
真养产碱杆菌目前被大量应用于商业生产P(3HB),P(3HB-co-3HV),因为它把N、P消耗光后可积累的PHB可达细胞干重的80%以上。
虽然嗜油假单胞菌Ps. Oleovorans及Pr. Extorquens也属于第一种类别,但是它们在培养过程中对N、P的消耗不尽。
所以在应用这类细菌时,应当优化营养素中组分比例来获得高产量。
因为在同一干细胞浓度中,营养素会严重影响最终产物产量,所以应当通过优化使得每一个菌株都被充分利用。
过早的限制营养素虽然可能使得细胞中PHA高含量,但也会使细菌浓度和PHA浓度过低,导致最终产量降低。
如果营养素限制太晚,可以得到高的干细胞浓度,但是细胞中PHA含量会很低。
这个结论已经在使用AI. Eutrophus 的实验中被证明,实验中控制营养素中N含量在30和50g/L-1,分别得到P(3HB)含量为71和92g/L-1。
随后再进一步控制N含量,可以使干细胞浓度到达70g/L-1,最后P(3HB)浓度可到达121g/L-1,干细胞浓度达到而当90g/L-1,P(3HB)浓度及产量却降低了。
A high residual cell concentrationwith a high PHA content will give the best results butthere exists an upper limit of PHA concentration thatcan be obtained owing to the maximum cell concentrationpractically achievable in a fermentor (e.g.ca. 280 gl -< for A1.eutrophus and 200 gl< for recombinantE. coil>). This can be better understood by thefollowing simple equations:在间歇生产模式中,营养素控制对发酵成功与否至关重要。
由于氮源来源复杂,诸如玉米汁、酵母提取物及鱼蛋白都可以被用来加强PHA积累生产,因为这些细菌中PHA合成不依赖于营养素控制。
细菌生长和PHA积累应当平衡,避免单纯追求PHA导致细菌发酵终止或者产量降低。
这样干细胞浓度和PHA生成量之间就存在一个有意思的关系。
因为PHA在细胞质积累,剩余细胞浓度将决定有多少可能产生PHA。
细胞中PHA生产量多而干细胞浓度低会导致PHA积累量和总生成率低。
高干细胞浓度但低PHA含量也会减少最终PHA浓度、生产力和产量。
一个高的干细胞浓度同时PHA含量高才是最理想的结果,但是也存因为发酵罐能容纳的最大细胞浓度所导致的PHA累积量上限(真养产碱细菌为280gL-1,重组固氮细菌为200gL-1)。
以下的公式更好说明这一问题:弄清楚是什么导致细菌生长很重要。
在大多数情况下,当生产能力最高时应当停止发酵进行,而让细胞去生产和积累PHA,但是这也会降低最终的PHA产量。
适当推迟来实现更高的PHA 浓度与稍低的生产力将是有利的,这时PHA的含量也增加,而且更容易会让细胞有时间复苏。
理论上来说,持续让细菌生长会获得较高的生产量。
迄今为止,AI. latus和Ps. oleovorans是仅有的采用持续培养方法来生产PHA的。
Lageveen等人通过研究 E coli 菌的PHA 合成途径发现,这一途径合成的PHA单体,其碳数往往比底物中的碳源碳数相差2n(n>0)个,这也正是有机脂肪酸β氧化途径的代谢的结果。
有机脂肪酸可以作为合成中长链PHA 的良好底物,通过β氧化途径,有机脂肪酸可以产生羟基烷酸-CoA,形成中长链的PHA。
尽管连续培养其他PHA生产商尚未被报告过,一个总体策略可以建议如下。
一个两级恒化器适用于大多数细菌属于第一组。
对于那些第一组细菌,不需要考虑限制营养素浓度来平衡细胞生长阶段和聚合物积累,如psoleovorans,单程恒化器就可以了。
然而,两级恒化器肯定也会导致这些细菌PHA生产力更高。
属于第二组的细菌可以连续培养,单程恒化器适用它们。
最近,一个关于Al.eutrophus两阶段连续过程的模型研究已经被报道,它可以研究如何获得PHA生产能力最大化。
在浓度减少速率为时,优化细胞和PHA浓度在第二发酵罐分别是75和44.8 gl t,获得生产力2.86 glPHA。
两级生产法是一级生产法的1.7倍。
需要做更多的实,在过程没有任何问题,如方法不稳定和污染,去看看连续培养比间歇式生产是否能真正带来更高的生产率。
特别是AI. latus重组E. coli及其他几个细菌联合生长方式似乎适合应用在恒化器中进行。
虽然,这种方法较连续生产法低,但是综合考虑生产率和转化率及经济性的话,还是应当仔细考虑。
碳基质及转化除了恢复阶段外,对成本影响最大的就是基质的消耗。
因此,对基质的利用效率很重要,这还可以用来预测合成中的生理学和生物学机理。
在基质中,碳源对PHA合成的影响最大。
碳源有很多种,比如醣类物质、油、酒精、酸、烃类等,都可以被多种细菌使用。
目前,人们利用合成P(3HB)的过程对各种碳源进行评价,再生烟酰胺核苷酸被用于合成PHA就是这样来的。
它也暗示实际总收率与比例理论产量和PHA含量成比例。
表1 总结了各种不同碳源的利用率。
由于价格因素,甜菜糖浆、干酪乳清、植物油、玉米和木薯水解液、纤维素和半纤维素都是很好的可利用碳源。
AI.Eutrophus菌使用植物油做基质、Az. Vitwlandii菌使用木薯水解液做基质等过程都已经被开发出来。