PHB这种可降解塑料到底怎么生产，成本能降低吗？

最近我在研究环保材料的时候，老是碰到​​PHB​​这个词，全名是聚β-羟基丁酸。它是一种微生物合成的聚酯，很多细菌在碳氮营养不平衡情况下，会把它作为能量和碳源储存在体内。说白了就是，微生物吃饱了碳源但缺氮时，就会把多余能量转化成PHB存起来。我查了资料发现，这东西最吸引人的地方是​​完全可生物降解​​，分解后变成二氧化碳和水，对环境没污染，被称为“绿色塑料”。它的物理性质和聚丙烯挺像的，熔点175-180℃，可以拿来做手术缝合线、药物缓释载体、包装材料什么的。

但PHB的生产，目前主要贵在几个地方。菌种产量不高，发酵用的原料价格高，提取过程也复杂。我平常是这样做的，先找合适的菌种，目前发现超过100种细菌能产PHB，比如真养产碱杆菌、荧光假单胞菌这些。一般在合适条件下，PHB含量能达到细胞干重的70%-80%。像荧光假单胞菌A2a5这种菌株，用甘蔗酒等廉价底物发酵，PHB产量就挺高的。所以筛选高效菌种是关键，国内外常用基因工程菌构建法和紫外线诱变法来改良菌种。国内有研究通过对隐藏嗜酸菌DX1-1进行紫外线诱变，得到一株变异菌UV60-3，PHB含量提升到256g/L，比原菌株高了近一半。

我自己比较关注的是那个​​用活性污泥合成PHB​​的技术。这思路挺巧的，既处理了污水，又降低了底物成本，还省了灭菌操作。活性污泥里的微生物群，在污水处理过程中会把容易降解的碳源直接转化成PHA（包括PHB）存起来，而不是先用来增长数量。日本东京大学Satoh.H.研究小组发现，采用“微嗜气-好气”交替的供气方式能提高PHB在污泥里的产量。中科院生态环境研究中心也做了优化研究，指出溶解氧浓度、pH值和底物生物量比是关键参数，优化后PHB产量能接近纯培养方法的水平。我经常觉得，这种方法要是能推广，说不定能把PHB生产成本降下来一大截。

不过啊，PHB本身也有些性能缺点。它的结晶度高达80%，导致常温下比较脆，耐冲击性差；加工温度范围窄（190℃左右），熔融状态还不稳定容易降解。所以一般不能直接当普通塑料用，需要改性。增韧增塑是常见方法，比如和弹性体、聚乙二醇、淀粉等共混；有效增塑剂有柠檬酸三丁酯、三乙酸甘油酯这些。还有通过物理共混、化学改性或生物方法来改善性能。

至于PHB的降解，是靠很多细菌和真菌分泌的​​胞外PHB解聚酶​​。PHB被酶作用后变成3-羟基丁酸，然后经过一系列酶反应最终进入TCA循环。1963年首次发现能降解PHB的微生物是芽孢杆菌属、假单胞菌属和链霉菌属的菌株。后来人们又从环境里分离出其他能降解PHB的微生物。直接用野生菌株降解PHB速度比较慢，有研究通过紫外线诱变青霉菌，选育出解聚酶活性提高942%的突变株。

​​〖PHB生物合成工艺优化〗​​和​​〖PHB性能改良方法〗​​ 确实是推动PHB应用的关键。转基因植物生产PHB也是个方向，比如1992年Poirier首次在拟南芥中尝试，后来在棉花中也做过实验，但PHB含量高了似乎会影响植物生长。目前看，微生物发酵法，特别是利用活性污泥混合微生物群合成PHB，可能是短期内更经济可行的路径。希望通过这些技术发展，能让PHB这种环保材料真正走向市场，帮我们解决白色污染问题。希望能帮到你。