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微生物利用废弃油脂合成PHA的研究进展
摘要:
PHA(Polyhydroxyalkanoates)是一类天然生物降解聚酯，具有可生物降解性、生物相容性、生物可制备性的特点。废弃油脂是一种低成本、易获取的高能源废弃物，通过微生物利用废弃油脂合成PHA，既具有环保、可持续性，同时还能有效解决废弃油脂产生的环境污染问题。本文综述了利用废弃油脂合成PHA的微生物菌株、发酵过程、PHA的性质和应用等方面的研究进展，为废弃油脂的再利用提供一定的理论指导。
关键词:PHA，废弃油脂，微生物，发酵，环保
1.引言
随着工业发展和人们生活水平的提高，油脂的使用量大幅增加，同时也产生了大量的废弃油脂污染环境。废弃油脂不仅严重污染环境，而且还浪费了大量的资源。利用微生物将废弃油脂转化为PHA，具有双重意义，既可以有效解决环境问题，而且还可以为生产PHA提供了可再生的碳源，实现资源化利用。PHA是一种天然的生物降解聚酯，具有可生物降解性、生物相容性和生物可制备性（李卫兵等2014）。PHA的结构和性质类似于合成塑料Polyethylene(PE)，但是其相比综合塑料具有更好的可降解性，被誉为“天然塑料”。PHA的主要来源是微生物的合成，微生物可以利用碳源、突变、基因工程和条件培养等方法合成各种类型的PHA。废弃油脂是一种低成本、易获取的碳源，能够提供PHA合成的碳源，并且对环境友好，因此利用废弃油脂合成PHA具有广阔的应用前景。
2.微生物的选择
将废弃油脂转化为PHA需要微生物的参与，因此微生物的选择对于合成PHA至关重要。微生物能够通过代谢途径将废弃油脂转化为PHA，具体涉及酸酯化、脱羧、丙酮酸盐途径等。选择合适的微生物可以大大提高PHA的合成效率和质量，同时也可以提高PHA合成的成本效益。目前的研究已经筛选出了多种微生物参与废弃油脂合成PHA的过程，主要包括一些杆菌和球菌。
（1）聚羟基丁酯(PHB)
作为PHA中含量最高的一种，PHA合成的首选微生物是聚羟基丁酯(PHB)产生菌。PHB的微生物菌株主要有柿子杆菌、桶针菌等。其中，RhodospirillumrubrumNCIB8255和RalstoniaeutrophaH16是最为常用的PHB产生菌株。这些菌株合成PHB时，以废弃油脂作为碳源，通过酸酯化、脱羧等途径，将碳原子逐个串联形成PHA。
（2）聚羟基丁酸(PHBD)
聚羟基丁酸(PHBD)的含量较低，一般在PHA中占比不超过20%。微生物合成PHBD的过程主要分为两个步骤，从葡萄糖合成丙酮酸和尿嘧啶类衍生物，然后从此类衍生物在葡萄糖酸代谢途径中合成PHA。目前主要的PHBD产生菌株有榆木霉和Pseudomonasputida。
3.发酵过程
以废弃油脂为碳源合成PHA的发酵过程需要考虑微生物的生长条件、油脂的处理、发酵媒介的优化等方面的因素。其中比较重要的因素包括微生物菌株、发酵温度、发酵时间、pH值、废弃油脂含量等。
（1）微生物菌株的选取
微生物菌株的选取是影响PHA发酵效率的重要因素，因为不同的微生物菌株在代谢途径、PHA含量和质量方面存在差异。选择合适的微生物菌株可以大大提高PHB的含量和增加PHA的种类。
（2）发酵温度
发酵温度是影响PHA合成的重要因素，通常取决于微生物的生长特性。温度过高或过低会导致微生物的代谢失衡，降低PHA的含量和质量。一般情况下，PHA的最适合发酵温度在25-30℃之间。
（3）发酵时间
发酵时间是影响PHA合成的重要因素，过短或过长会影响PHA合成的含量和质量。通常情况下，发酵时间在48-72小时之间。
（4）pH值
pH值是影响PHA合成的重要因素之一。不同的微生物菌株对pH值有不同的适应性，一般情况下PHB产生菌株适宜的pH值为7.0-7.5，而PHBD产生菌株适宜的pH值为5.5-6.5。
（5）废弃油脂含量
废弃油脂含量直接关系到PHA的合成效率和质量，一般情况下，废弃油脂的含量不宜太高，过高的含量会影响微生物的生长和口感。
4.PHA的性质和应用
PHA具有极低的毒性和自然分解性等特点，被广泛应用于食品包装、药品包装、医学用途、生物医学材料等领域。随着人们对可持续发展的要求越来越高，PHA可以被视为替代塑料的一个重要选项。PHA在环保、可持续性和降解性方面具有明显的优势，可以对减少塑料垃圾和环境污染起到一定的作用。同时，应用PHA可以降低塑料制品的生产成本，提高可循环利用的程度。
5.结论
PHA的可生物降解性、生物相容性和生物可制备性特点，是制备环保材料的理想选择。废弃油脂作为PHA的碳源，具有低成本、易获取、可再生等特点，可以有效解决废弃物的问题。本文综述了利用废弃油脂合成PHA的研究进展，包括微生物的选择、发酵过程、PHA的性质和应用等方面。通过综合分析，可以发现利用废弃油脂合