自从塑料问世以来，其已在糊口的各个范畴阐扬主要感化，跟着经济成长，全球对塑料成品的需求不竭爬升，对塑料成品的种类和质量要求也愈来愈高。数据显示，截至 2020 年全球出产的塑料已达 80 亿吨，且每一年以数亿吨的范围延续增加。

虽然为糊口带来了便当，但传统石油基塑料也同时带来了 白色污染 、 微塑料 等情况污染和人类健康问题，是以，寻觅石油基塑料的替换产物燃眉之急，环绕生物基塑料的研究与开辟是当下的热点范畴。

聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有与石油基塑料产物近似的物化性质，可在天然前提下被微生物完全降解，具有杰出的生物可再素性、可降解性和生物相容性等多种优势，可普遍利用在工业、农业、建筑业和生物医药等多个范畴，是一种极具潜力的石油基塑料替换产物。

现阶段，业界环绕 PHA 的微生物合成路子、出产和范围化量产已展开了年夜量研究，今朝已有企业 PHA 年产能已达数万吨级别。据欧洲生物塑料协会（EUBP）数据显示，2028 年，全球 PHA 产能有望到达100 万吨。

基在极端微生物发酵的 NGIB 简化 PHA 出产进程

聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一种由微生物经由过程各类碳源发酵合成的可降解高份子生物聚脂。PHA 怪异的份子布局使其具有良好的加工机能和机械机能，可制成薄膜、纤维、注塑件等多种情势，普遍利用在包装、医疗、农业、纤维纺织等范畴。

作为一种生物可降解材料，PHA在天然情况中可被微生物完全分化，不会对情况造成污染。在碳中和指数方面具有较年夜优势，对照其他常见的生物基塑料，己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯共聚物（PBAT）为 30%，聚乳酸（PLA）达 70%，而 PHA可达 100%；在降解机能上，PHA 的降解对情况的依靠性较小，无需进行堆肥处置且降解周期可控，可在泥土、淡水或海水等各类天然情况下实现 100% 降解。

另外，PHA 具有杰出的生物相容性，可用在医疗范畴，好比手术缝合线、组织工程、植入材料、药物缓释等，而且 PHA 没有毒性，对人体平安无害。以 PHB 为例，其在人体内可降解成属在血液成份的 3HB，不会发生排挤反映。2007 年，以 P4HB 为原料的可接收缝合线获 FDA 核准上市，成为首个贸易化 PHA 医疗产物。

PHA 其实属在一类高份子聚酯的统称，今朝已发现构成 PHA 的羟基脂肪酸单体有150 余种，单体的种类、碳链长度和侧链基团等决议 PHA 的布局和机能。

按照单体布局的分歧，PHA 可分为多种类型，常见的好比聚 3-羟基烷酸酯（PHA）、聚 3-羟基丁酸酯（PHB）、聚 3-羟基戊酸酯（PHV）和聚 3-羟基丁酸酯与 3-羟基戊酸酯的共聚物（PHBV）等。此中，PHB 是最早发现、研究最深切、布局最简单同时也是最多见的 PHA 家族成员，具有杰出的抗氧化性、防水性和较高的硬度，首要被开辟用作包装材料，属在第一代贸易 PHA 材料。

为了优化材料机能，业界后续又开辟出 PHB 和 PHV 的共聚物 PHBV，相较在 PHB，其在热加工机能、韧性和延展性方面均获得较年夜提高，属在第二代 PHA 材料；现在，业界已接踵开辟出了第三代（聚 3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯，PHBHHx）和第四代（聚 3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯，P34HB）的 PHA 材料，在机能上实现更多晋升。

PHA 的合成首要是经由过程微生物的代谢进程，底物原料来历较为普遍，可所以葡萄糖、脂肪酸、甘油等，微生物经由过程发酵将原料终究转化为 PHA。今朝，业界已发现跨越 90 个属的500 余种细菌可以或许合成 PHA，整体而言，PHA 合成代谢路子首要有3 条。

第 1 条路子，从糖酵解路子生成的两份子乙酰 CoA 顺次经 -酮基硫解酶和乙酰乙酰 CoA 还原酶，最后在 PHA 合酶催化下合成 PHB；第 2 条路子，脂肪酸被活化成酯酰 CoA 落后入 -氧化路子，中心产品 S-3-羟基酯酰 CoA 在差向异构酶感化下转换成可以被 PHA 合酶催化操纵的 R-3-羟基酯酰 CoA；第 3 条路子，以乙酰 CoA 为出发点的脂肪酸从头合成路子的中心产品介入 PHA 的合成。

另外，业界还经由过程基因工程构建出一些新的 PHA 合成路子，好比从草酰乙酸动身经由过程基因工程手段为 PHBV 的合成供给 3-羟基戊酰 CoA；和从虎魄酰 CoA 动身为 P（3HB-co-4HB）合成供给 4-羟基丁酰 CoA。

在PHA的微生物合成进程中，出产本钱首要集中在发酵底物的耗损和灭菌进程的能源耗损上，此中底物原料约占本钱的 50% 摆布，灭菌约占 30% 摆布，与此同时，本钱节制也是 PHA 范围化量产进程中的焦点挑战。

为了下降 PHA 出产本钱，业界的研究首要环绕下降发酵底物本钱和灭菌进程能源耗损本钱，好比提高菌株产率、操纵便宜底物和开辟微生物进行非无菌发酵等。

今朝，研究人员操纵基因工程等手艺对微生物进行革新已年夜幅提高了 PHA 的产量和合成效力，好比，经由过程敲除或调控要害基因的表达使微生物可以或许更高效地操纵底物原料合成 PHA。

另外，公道操纵便宜碳源底物，特别是工农业烧毁物原料可以或许有用下降 PHA 的出产本钱。好比，操纵秸秆经生物炼制获得的纤维素和木质素可以作为 PHA 出产的碳源底物；糊口中的烧毁生物资（豌豆皮、土豆皮、洋葱皮等）资本经酸化后可以转化为挥发性脂肪酸用在低本钱 PHA 的出产。

凡是环境下，传统微生物发酵出产是在无菌情况中进行的，无菌化处置进程（好比装备灭菌、培育基灭菌的蒸汽耗损等）致使本钱较高。对此，清华年夜学陈国强传授和团队开辟出基在耐污染极端微生物的 下一代工业生物手艺 （NGIB），其利用极端前提下发展的菌种，好比盐单胞菌，因为无需灭菌进程，可以或许下降举措措施、能源耗损和材料本钱，而且可以实现持续发酵。

实验注解，盐单胞菌在非无菌前提下（60 g/L NaCl，pH=9）下可实现 14 天的无污染发展，在没有任何基因工程的环境下，细胞干重（CDW）为 80 g/L，PHB 质量分数达 80%；在另外一项实验中，采取顺应性进化使盐单胞菌操纵高醋酸盐在 5 L 非无菌生物反映器中发生了 49.79 g/L 的 PHB。

以极端微生物为焦点的 下一代工业生物手艺 可开辟为多种 PHA 的低本钱出产平台，实现 PHA 出产的开放性和持续性，节俭能源耗损，简化出产进程，将有望提高 PHA 的市场竞争力并推动贸易化历程。

虽然 PHA 是公认为绿色环保型高份子材料，但它也并不是完善，好比其疏水性强、热不变性差、加工窗口窄、出产本钱高档错误谬误制约了进一步成长。对此，研究人爱游戏员在 PHA 的改性方面也进行了深切摸索，经由过程引入分歧的官能团或与其他高份子材料共混，可以强化 PHA 的机械机能、热机能等，拓展利用范畴。好比，经由过程与其他生物基可降解高份子材料，好比聚乳酸（PLA）、透明质酸（HA）、壳聚糖（CS）等进行共混，可以或许有用改良其疏水性、热不变性、结晶机能等问题，可以获得具有杰出机械机能和生物降解性的复合材料，从而知足更多范畴的需求。

限塑令或将带来万万吨级的可降解替换空间

客岁 11 月，欧洲议会情况委员会（ENVI）经由过程了 包装和包装烧毁物律例 （PPWR）的拟议修订案，旨在增进再操纵和收受接管并解决不竭增加的塑料包装烧毁物问题。PPWR 首要涵盖三年夜方针：避免包装烧毁物的发生、增进高质量收受接管和增添包装中收受接管塑料的利用，打算到 2030 年让所有包装变得可反复利用或可收受接管。

值得留意的是，2021 年 1 月，国内被认为是史上最严的 限塑令 （国度成长鼎新委、生态情况部等九部分结合印发的《关在扎实推动塑料污染治理工作的通知》）正式实行，一次性的不成降解塑料吸管和包装袋等在一些特定的场合被严禁利用。

有业内助士曾指出， 此前可降解生物基塑料成长较慢首要是因为出产本钱高和奉行政策不敷强力，最近几年来欧洲国度陆续推出限塑强迫政策，国内政策也愈发严酷，可降解塑料行业趋向产生了较着转变，已进入了爆发期。跟着国内计划到 2025 年逐步扩年夜对一次性塑料成品的出产利用限制，这或将带来万万吨级的可降解替换空间。

无庸置疑，全球规模禁/限塑令的陆续公布，国内 双碳 方针的提出，日渐严重的情况污染问题和人们对环保和可延续成长的日趋存眷，以 PHA 为代表的可降解生物基材料财产迎来成长契机。