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第1章 聚羟基脂肪酸酯概述1

1.1聚羟基脂肪酸酯的结构及研究历史2

1.2 PHA的生理功能6

1.3 PHA的单体组成和分类7

1.4 PHA的材料学性质8

1.5 PHA的应用10

1.5.1环境友好的包装材料以及用于制造热敏胶、水溶胶和纤维11

1.5.2生物可降解和生物相容性医用植入材料11

1.5.3可控药物缓释载体12

1.5.4寡聚物作为酮体供体的营养添加剂12

1.5.5手性单体作为药物或手性合成的中间体13

1.5.6 PHA膜蛋白用于某些微量蛋白的分离13

1.5.7 PHA合成基因用于调节微生物的新陈代谢和用于提高微生物在逆境下的生存能力14

1.5.8把各种营养物质转化为脂肪酸聚酯作为生物能源（生物柴油）14

1.6我国研究和开发PHA的基础15

1.7如何建立一个以PHA为基础的产业链18

参考文献19

第2章PHA的生物合成系统22

2.1 PHA的生物合成途径22

2.1.1 PHA生物合成的三条主要途径22

2.1.2其他PHA生物合成途径25

2.1.3重组菌的PHA生物合成途径26

2.2 PHA生物合成相关基因的组织形式27

2.3 PHA聚合酶——PHA生物合成的关键酶28

2.3.1 PHA聚合酶基因的克隆方案29

2.3.2 PHA聚合酶的分类31

2.3.3 PHA聚合酶编码基因在基因组中的排列方式35

2.3.4 PHA聚合酶的结构特征37

2.3.5 PHA聚合酶的丝状模型和拓扑结构37

2.3.6对PHA聚合酶催化机制的推测42

2.4 PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白43

2.4.1概述43

2.4.2 PHA颗粒的结构44

2.4.3 Phasins——PHA颗粒结合蛋白45

2.4.4 PhaR——阻遏蛋白46

2.4.5 PhaR和PhaP在大肠杆菌中的异源表达48

2.4.6 PHA颗粒形成的计算机模拟48

2.4.7中长链PHA积累菌中的PHA颗粒结合蛋白51

2.4.8 PHA颗粒与纳米材料56

2.4.9 PHA颗粒的研究进展57

2.5 PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白在蛋白纯化中的应用57

参考文献59

第3章 常见PHA的微生物发酵生产和提取65

3.1短链PHA的发酵生产65

3.1.1利用罗氏真养菌生产聚R－3－羟基丁酸酯67

3.1.2利用罗氏真养菌生产R－3－羟基丁酸和R－3－羟基戊酸共聚酯69

3.1.3利用广泛产碱菌生产聚R－3－羟基丁酸酯70

3.1.4利用重组大肠杆菌生产聚R－3－羟基丁酸酯72

3.1.5新型短链PHA的合成73

3.2中长链PHA的发酵生产76

3.2.1利用嗜油假单胞菌生产中长链PHA76

3.2.2利用恶臭假单胞菌生产中长链PHA77

3.3短链和中长链PHA共聚酯的发酵生产77

3.3.1利用野生菌生产短链和中长链PHA共聚酯77

3.3.2利用基因工程菌生产短链和中长链PHA共聚酯80

3.4 PHA的提取纯化工艺92

3.4.1有机溶剂提取法93

3.4.2氯仿法93

3.4.3次氯酸盐法94

3.4.4氯仿和次氯酸盐法94

3.4.5次氯酸盐－表面活性剂法95

3.4.6碱法96

3.4.7机械破碎法96

3.4.8酶法96

3.4.9乙酸乙酯法97

3.4.10异戊醇法97

3.4.11与PHA单体结构相似的酯类有机溶剂法97

3.5研究现状和前景展望98

3.6相关专利101

参考文献101

第4章 非常见PHA的合成108

4.1非常见PHA的概述108

4.2带非常见侧链结构PHA的生产和应用109

4.2.1具有高含量长烷基侧链单体的MCL PHA的研究109

4.2.2具有功能性侧链基团的MCL PHA的研究111

4.3带新型主链结构PHA的生产和应用123

4.3.1主链带硫酯键的PHA123

4.3.2主链带支化烷基的PHA125

4.3.3主链PEG化的PHA126

参考文献127

第5章 代谢工程在PHA生产上的应用133

5.1代谢工程应用于PHA生产的概述133

5.2 PHA生产中常用的代谢工程手段134

5.2.1外源底物操纵134

5.2.2添加抑制剂134

5.2.3重组基因表达135

5.2.4调节基因剂量139

5.2.5引入异源前体供应途径139

5.2.6选择不同来源的基因142

5.2.7创建新的代谢途径143

5.2.8操控宿主基因组143

5.2.9 PHA生物合成酶的蛋白质工程145

5.3大肠杆菌合成PHA的代谢工程147

5.3.1大肠杆菌合成短链PHA的代谢工程147

5.3.2大肠杆菌合成中长链PHA的代谢工程148

5.4罗氏真养菌和假单胞菌合成PHA的代谢工程150

参考文献151

第6章PHA的其他生产方式156

6.1利用活性污泥生产PHA156

6.1.1利用活性污泥生产PHA的概述156

6.1.2由EBPR活性污泥处理过程生产PHA156

6.1.3活性污泥中积累PHA的微生物研究157

6.1.4活性污泥积累PHA的基因研究158

6.1.5活性污泥生产PHA的研究展望158

6.2利用转基因植物生产PHA159

6.2.1利用转基因植物生产PHA的概述159

6.2.2在拟南芥中合成PHB160

6.2.3在植物中合成PHBV161

6.2.4在植物中合成中长链PHA163

6.2.5转基因植物生产PHA的研究展望164

参考文献165

第7章PHA的产业化168

7.1 PHA的产业化概述168

7.2从石油塑料到生物可降解塑料173

7.2.1石油塑料的由来173

7.2.2常见石油塑料的性质174

7.2.3环境隐患促发对生物可降解塑料的开发174

7.3常见生物可降解塑料的性质及生产历史175

7.3.1聚乳酸的性质175

7.3.2第一代商业化PHA材料PHB的推出176

7.3.3第二代商业化PHA材料PHBV的开发与生产179

7.3.4第三代商业化PHA材料PHBHHx的开发与生产180

7.3.5第四代商业化PHA材料的研究进展及瓶颈181

7.3.6我国 PHA生产的历史和现状183

7.4世界主要PHA生产企业184

7.4.1 Metabolix公司184

7.4.2 Tepha公司186

7.4.3宝洁公司（P&G）和Kaneka公司188

7.4.4 BASF公司188

7.4.5 ADM公司188

7.4.6 ICI公司189

7.4.7 Zeneca公司189

7.4.8 Monsanto公司189

7.4.9 Biocycle公司190

7.5我国PHA研究生产情况190

7.5.1汕头市联亿生物工程有限公司191

7.5.2宁波天安生物材料有限公司191

7.5.3江苏南天集团193

7.5.4深圳市奥贝尔科技有限公司195

7.5.5其他国内PHA公司198

7.6 PHA的科学研究前景199

7.6.1短链PHA发酵生产的前景和展望199

7.6.2中长链PHA发酵生产的前景和展望199

7.6.3短链－中长链共聚的PHA发酵和生物合成的前景和展望200

参考文献201

第8章PHA的理化性质203

8.1概述203

8.2 PHA的分子结构204

8.2.1 PHA的分类与特性204

8.2.2 PHA分子结构的测定方法205

8.2.3 PHA结构单元组成的测定205

8.2.4 PHA结构单元序列分布的测定207

8.3 PHA分子量及分子量分布的测定208

8.4 PHA的结晶性质209

8.4.1 PHA的晶体结构209

8.4.2 PHA均聚物的单晶结构210

8.4.3 PHA共聚物的单晶结构212

8.4.4 PHA的球晶结构214

8.4.5 PHA环带球晶中的片晶形态216

8.4.6 PHA环带球晶中片晶生长的动态过程221

8.5 PHA的结晶动力学228

8.6 PHA结晶过程中链段的构象变化232

8.7 PHB脆性的原因239

8.8第二组分对PHA结晶行为的影响241

8.8.1成核剂241

8.8.2增塑剂243

8.8.3溶剂247

8.8.4第二组分聚合物对PHA结晶行为的影响252

8.9 PHA的物理性能259

8.9.1 PHA的热性能259

8.9.2 PHA的加工性能262

8.9.3 PHA热塑性加工的特点263

8.9.4 PHA的黏度和加工稳定性264

8.9.5 PHA的热塑性加工方法和应用265

8.9.6 PHA的机械性能267

8.9.7 PHA的光电性能270

8.10 PHA的化学性质271

8.10.1 PHA的降解行为271

8.10.2 PHA的化学改性279

8.11总结和展望281

参考文献281

第9章 手性羟基脂肪酸的生产和应用296

9.1手性羟基脂肪酸的概述296

9.2手性羟基脂肪酸的主要生产方法297

9.2.1化学方法直接合成手性羟基脂肪酸297

9.2.2化学方法降解聚羟基脂肪酸酯297

9.2.3生物酶法降解聚羟基脂肪酸酯298

9.2.4生物转化法生产手性羟基脂肪酸302

9.2.5利用基因工程菌直接生物合成手性羟基脂肪酸302

9.3手性羟基脂肪酸单体及寡聚体的主要应用305

9.3.1手性羟基脂肪酸作为昂贵化合物合成的手性起始原料305

9.3.2利用手性羟基脂肪酸合成内酯、环状低聚物、树状及手性线状聚合物305

9.3.3手性羟基脂肪酸的生理作用306

9.3.4手性羟基脂肪酸的潜在药用价值307

9.4前景和展望308

参考文献308

第10章 PHA合成基因作为生物代谢调控以及提高生物抗逆性的工具313

10.1 PHA的合成对微生物生理状况的影响313

10.2 PHA的合成调节了生物的代谢流314

10.3 PHA的合成提高了微生物的抗逆性316

10.4 PHA合成基因在工业微生物中的应用318

10.4.1 PHA的合成提高了兽疫链球菌生产透明质酸的能力319

10.4.2 PHA的合成对谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸和谷氨酰胺的影响320

10.4.3 PHA的合成对移动单胞菌生产酒精的影响322

10.4.4 PHA的合成对毕氏酵母合成外源蛋白的影响322

参考文献323

第11章 PHA的市场应用情况和用途326

11.1 PHA在塑料工业中的应用326

11.2 PHA作为生物可降解塑料327

11.2.1生物可降解塑料的定义327

11.2.2生物可降解塑料的分类327

11.2.3 PHA的性质及应用328

11.2.4 PHA用于塑料包装业的可能性330

11.2.5 PHA类产品用于食品包装业的可能性332

11.2.6 PHA类产品用于塑料业的经济性评价333

11.2.7国内外生物可降解塑料的发展情况333

11.3 PHA在生物医疗方面的初步应用335

11.3.1 PHB在生物医疗方面的初步应用336

11.3.2 PHBV在生物医疗方面的应用337

11.3.3 PHBHHx在生物医疗方面的应用338

11.3.4 PHO和P4 HB在生物医疗方面的应用345

11.4 PHA的改性346

11.4.1对PHA降解性能的改性347

11.4.2对PHA表面性能的改性351

11.4.3对PHA机械性能的改性354

11.5 PHA在其他领域的应用356

参考文献358