生物降解材料（PHA）是什么？

兩根吸管被一起放到海水里，固定相機(jī)記錄了它們?cè)诤Ｋ械淖兓＝?jīng)過9周的時(shí)間，右邊的吸管竟然整體消失了，而左邊的吸管看上去變化不大。視頻左邊的是普通的可降解塑料，而右邊能更快降解的神奇材料，叫PHA。

PHA的英文名為：PolyHydroxyAlkanoates，中文名稱叫聚羥基脂肪酸，是一種高分子生物材料，大量的存在微生物細(xì)胞特別是細(xì)菌細(xì)胞中。其中，R是烷基、烴基等，m為3～14的任意數(shù)字。因此PHA種類繁多，結(jié)構(gòu)具有多樣性。

現(xiàn)在，這種神奇材料已經(jīng)在餐具、包裝袋、紡織品等很多領(lǐng)域開始出現(xiàn)了，它可以成為普通塑料的替代品。這些東西看上去和普通塑料制品并沒什么兩樣，但實(shí)際上，神奇材料PHA和普通塑料最大的不同就是，它是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)出來的，可以完全地自然降解。

根據(jù)PHA單體中碳原子數(shù)目的不同將PHA分為3類：短鏈PHA(scl—PHA)，含3～5個(gè)碳原子；中鏈PHA(mcl．PHA)，含6-14個(gè)碳原子；長(zhǎng)鏈PHA(1cl—PHA)，多于14個(gè)碳原子。

PHA的分子量為1000～1000000，玻璃態(tài)溫度為-60℃～+60℃，熔點(diǎn)為+40℃～190℃，它對(duì)水蒸氣和空氣中大多數(shù)氣體的阻隔性能類似于PET。

PHA有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、環(huán)境友好性等。正是由于這些特殊性能的存在，使得PHA擁有許多潛在的應(yīng)用前景，各國(guó)科學(xué)家對(duì)PHA進(jìn)行了很多工藝流程開發(fā)和具體性能探索。

PHA在淡水中穩(wěn)定，但可以在海水或者土壤中完全生物降解，并且降解速度較其他生物材料較快，對(duì)環(huán)境也沒有二次污染，可以代替諸多一次性產(chǎn)品的石油塑料作為大多數(shù)物品的包裝材料。

PHA的最大的特點(diǎn)是，在堆肥、土壤、海水等幾乎所有環(huán)境中都可以被微生物分解，并且分解后的產(chǎn)物大多都是水和碳基，也不會(huì)污染環(huán)境。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)在禁塑背景下使PHA在一次性塑料產(chǎn)品領(lǐng)域的呼聲漸起，也為一次性塑料替代產(chǎn)品提供了一種綠色可持續(xù)發(fā)展的思維。

PHA的生物合成主要分為三部分：主要微生物、主要基質(zhì)、PHA的代謝途徑與調(diào)控。主要的微生物有產(chǎn)堿桿菌、假單胞菌、甲基營(yíng)養(yǎng)菌、固氮菌、紅螺菌等；主要基質(zhì)有糖質(zhì)碳源（葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等）、甲烷、氣體H2/CO2/O2、烷烴及其衍生物等。

PHA是由很多細(xì)菌合成的一種胞內(nèi)聚酯，在生物體內(nèi)主要是作為碳源和能源的貯藏性物質(zhì)。

與純菌種合成PHA相比，利用混合菌群合成PHA有很多優(yōu)點(diǎn)，例如在馴化過程中混合菌群的選擇基于生態(tài)原理，菌種穩(wěn)定，為PHA的工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了前提。

混合菌種對(duì)工藝的適應(yīng)性強(qiáng)，工藝控制簡(jiǎn)單，無需滅菌消毒提供純種環(huán)境，從而降低了工藝運(yùn)行成本；混合菌種可以適應(yīng)多種不同底物，從而擴(kuò)大底物的選擇范圍，為混合底物應(yīng)用于生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

PHA的基本性能與聚丙烯相似，可在傳統(tǒng)塑料加工機(jī)械上進(jìn)行拉絲、模壓、熱注塑加工成型，可代替絕大部分石油基塑料原料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、環(huán)保、生物化工、微電材料、能源、醫(yī)藥、醫(yī)用材料等領(lǐng)域。

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