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近几年来，国民经济快速发展造成的区域环境污染越来越严重。为降低环境污染，特别是从源头上杜绝污染源，我国实行了多项治理“白色污染”的措施，如规定从2008年6月1日起，各大超市的塑料袋改为有偿购买。塑料袋是造成“白色污染”的重要原因之一，被掩埋的垃圾需要上百年才能够得以分解再利用，对于自然界的循环来说是极大的危害，对人类的生存环境是极大的考验。除了中国外，世界各国都面临环境污染的危机和挑战，如何维护各场所的环境卫生，改善日益严重的“白色污染”，寻求塑料的代替品，在满足人们的日常生活方便的同时，又能保护环境，已经成为一个迫切需要解决的重要问题，值得各个国家和地区关注和研究[1]。
在研究治理“白色污染”的过程中，聚-β-羟丁酸（PHB）逐渐受到人们的关注，并在农业、环境、医药等多个领域具有广阔的应用。PHB是微生物在营养不平衡的条件下贮存的内源性生物高分子聚合物，不仅具有良好的生物降解性、生物组织相容性和光学活性，还具有与化学合成塑料相似的性质[2]。20世纪70年代，英国ICI公司利用真养产碱杆菌进行发酵生产，商品名为“BIOPOL”，但由于当时生产成本偏高，PHB的应用范围受到极大的限制。目前，PHB的生产以微生物发酵生产为主。许多种属的微生物都可以积累PHB，菌种质量也是制约PHB能否进一步发展的重要因素之一[3-4]。当前原料成本和提取成本偏高，影响聚羟基烷酸酯的大规模工业化应用，因而研究和生产活动中亟需一种成本廉价、简便易行的分离提取方法。
1 产生PHB的主要微生物
有许多菌株都能产生PHB，但适用于工业生产的菌株须具备以下优点：生长繁殖的速率高，细胞内积累多聚物的浓度高，合成多聚物的速率快，能够高效利用廉价的碳源。
研究表明，能合成PHB的种属很多，如产碱杆菌属、固氮菌属、假单胞菌属、生丝微菌属、嗜盐杆菌属和甲基杆菌属等。国内外一些领域使用的PHB生产菌种也有基因工程菌，如产碱杆菌、固氮菌和假单胞菌。利用菌株生产PHB的过程中，能作为碳源的有脂肪酸、糖类、碳氢化合物、脂肪醇等，不同均属用不同的碳源产生不同的PHB，其对底物的要求、所合成PHB的结构、产率甚至合成机制均有很大差别[5]。
2PHB的提取方法
在利用菌株提取PHB的后期生产工艺中，提取价格较高。影响PHB提取过程的因素有很多，如提取方法、PHB纯度、提取率等，同时也影响生产成本。
2.1直接成型法
直接成型法在高温高压的条件下使细胞破裂，PHB交联聚合，并与细胞残渣互相混熔，共同成型，当发酵过程中PHB达到细胞干重的50%后，可以很方便地得到经压制成膜的产物[6]。利用该方法得到的产物具有较好的可塑性，可以进一步用于工业加工。
2.2溶剂提取法
PHB是积累于细胞内不溶于水而溶于一些有机溶剂的大分子聚酯，因而可利用PHB溶于特定溶剂的方法，采取溶剂提取法生产PHB。国际上这方面的研究开展较早，许多工艺方法都已申请专利。溶剂提取法简便易行，提取率高，很多研究领域至今都在采用该方法。
应用于溶剂提取法的有机溶剂较多，如氯仿、亚甲基氯、一氯乙烷等氯代烃共沸物。由于PHB仅溶于为数不多的一些有机溶剂中，且溶解度较低，故溶液显得很黏稠，从而使PHB的提取液与杂质的分离变得很困难。为了易于分离，就必须加大溶剂的用量，一方面造成溶剂回收问题，另一方面也会带来溶剂损失问题[7-9]。即使溶剂回收率很高，但大量的溶剂会提升生产成本，也会造成环境的污染。总体来说，利用溶剂提取法需要使用大量溶剂，尽管能回收再利用，但是仍会对环境造成污染。
2.3化学试剂法
化学试剂法是利用氧化剂、表面活性剂或螯合剂等化学物质的作用，将细胞中的杂质转化成可溶于水的成分，从而去除杂质。细胞壁是机械破碎的主要障碍，碱性条件下细胞壁的强度变弱。因此，使用化学试剂预处理能降低细胞壁强度，可减少操作压力；在机械破碎前，调节pH值并加入化学试剂提取PHB的效果更加理想[3-4]。
2.3.1表面活性剂法[10]。即在水相条件下应用表面活性剂处理细胞，使细胞破裂，释放产物。如果要求提高提取产物的纯度，则加入络合剂或消化剂。表面活性剂种类繁多，作用广泛，用其提取PHB的研究较为广泛。
2.3.2次氯酸钠破除细胞壁分离法。利用次氯酸钠来分离提取物质是目前化学试剂法中报道最多的一种方法[11]。该方法在应用时受到一些限制，因为生产工艺中需用到次氯酸钠，该物质的氧化性较强，对PHB有剧烈的降解作用。随着研究的不断深入，学者发现通过控制次氯酸钠的作用条件，可以降低次氯酸钠对PHB的降解作用。
次氯酸钠破除细胞壁分离法的过程中，为防止提取物受到过多的损坏，须加入溶剂保护提取物。Hahn et al研究表明，pH值为10的条件下，将等体积的氯仿和次氯酸钠加入到细胞中，作用90 min，离心取氯仿相，得到的产物纯度高，分子量大。李伟等[10]利用Alcaligenes eutrophus提取PHB，产物纯度可达97%，提取率82%，分子量为310 kg/mol。
2.4物理方法
从细菌中提取PHB须经过细胞破壁，通常采用高压均质或高速珠研磨。一般PHB颗粒的粒径为1 μm左右，小于细胞颗粒的粒径[6]。因此，将干细胞粉碎后，形成极细的颗粒，再利用粒径的差异在液相或气相中分离、获取产物。Nod对Alcaligenes eutrophus和重组E.coli分别进行研究：超声波破胞，悬液进入旋流除砂器，4 Pa下高压分离，取上层喷雾干燥，获得产物，纯度均高于95%，产率90%。
2.5酶法
应用酶消化细胞物质，从而释放出产物。由于单一的酶不能消化全部的细胞物质，产物的纯度也不是很高，因而经常采用复合酶类并添加缓冲剂和表面活性剂。通过严格控制作用条件，可取得较好的效果[4]。
2.6基因工程方法
应用基因工程的原理和方法，在细菌体内克隆外源自溶基因，使菌体自溶，释放PHB颗粒。
3小结
PHB具有不可替代的生物相容性和生物可降解性，同时还具有光学活性、压电性、抗潮性、低透气性等特点，是世界上公认最理想的可完全降解的生物塑料新型材料。该文介绍各种分离提取PHB的方法，是为了降低PHB后期生产的提取成本，可为其广泛使用奠定一定的理论基础。研究PHB的提取方法技术含量高，符合现代社会的发展要求，随着研究的深入、材料性能的提高和公众环保意识的增强，PHB的应用将越来越广泛。
4参考文献
[1] 王贵林，矫学成，王伟，等.我国农村白色污染的危害及防治对策[J].现代农业科技，2008（24）：231-235
[2] 徐爱玲，张帅，张燕飞，等.积累PHB菌种隐藏嗜酸菌DX1-1的诱变改良[J].微生物学通报，2008（10）：111-118
[3] 梁亮.G7y菌株生产的PHAs提取工艺方法及降解特性研究[D].西安：西北大学，2001.
[4] 何竹青.PHA高产菌株的诱变选育及培养条件的研究[D].西安：西北大学，2009.
[5] 季爱云，崔志芳，李春露，等.生物可降解塑料聚β-羟基丁酸酯产生菌的选育[J].塑料，2010（3）：98-103
[6] 羊依金，李志章，张雪乔.微生物降解塑料的研究进展[J].化学研究与应用，2006，18（9）：1015-1021.
[7] 许旭萍，陈接锋，李惠珍.Sphaerotilus natans FQ40合成聚β-羟基丁酸（PHB）条件的研究[J].食品与发酵工业，2004，30（9）：23-26.
[8] 黄媛媛.活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展[J].生物技术通报，2009（6）：59-61，74.
[9] 唐明宇.聚β-羟基丁酸酯的微生物合成[J].山师范高等专科学校学报，2003，16（3）：232-234.
[10] 李伟，陈银广.活性污泥微生物以乙酸为碳源合成聚羟基烷酸酯的研究[J].环境科学，2009（8）：132-139
[11] 许旭萍，陈接锋.球衣菌胞内聚β-羟基丁酸提取方法的研究[J].生物技术通报，2006（3）：68-72.
在研究治理“白色污染”的过程中，聚-β-羟丁酸（PHB）逐渐受到人们的关注，并在农业、环境、医药等多个领域具有广阔的应用。PHB是微生物在营养不平衡的条件下贮存的内源性生物高分子聚合物，不仅具有良好的生物降解性、生物组织相容性和光学活性，还具有与化学合成塑料相似的性质[2]。20世纪70年代，英国ICI公司利用真养产碱杆菌进行发酵生产，商品名为“BIOPOL”，但由于当时生产成本偏高，PHB的应用范围受到极大的限制。目前，PHB的生产以微生物发酵生产为主。许多种属的微生物都可以积累PHB，菌种质量也是制约PHB能否进一步发展的重要因素之一[3-4]。当前原料成本和提取成本偏高，影响聚羟基烷酸酯的大规模工业化应用，因而研究和生产活动中亟需一种成本廉价、简便易行的分离提取方法。
1 产生PHB的主要微生物
有许多菌株都能产生PHB，但适用于工业生产的菌株须具备以下优点：生长繁殖的速率高，细胞内积累多聚物的浓度高，合成多聚物的速率快，能够高效利用廉价的碳源。
研究表明，能合成PHB的种属很多，如产碱杆菌属、固氮菌属、假单胞菌属、生丝微菌属、嗜盐杆菌属和甲基杆菌属等。国内外一些领域使用的PHB生产菌种也有基因工程菌，如产碱杆菌、固氮菌和假单胞菌。利用菌株生产PHB的过程中，能作为碳源的有脂肪酸、糖类、碳氢化合物、脂肪醇等，不同均属用不同的碳源产生不同的PHB，其对底物的要求、所合成PHB的结构、产率甚至合成机制均有很大差别[5]。
2PHB的提取方法
在利用菌株提取PHB的后期生产工艺中，提取价格较高。影响PHB提取过程的因素有很多，如提取方法、PHB纯度、提取率等，同时也影响生产成本。
2.1直接成型法
直接成型法在高温高压的条件下使细胞破裂，PHB交联聚合，并与细胞残渣互相混熔，共同成型，当发酵过程中PHB达到细胞干重的50%后，可以很方便地得到经压制成膜的产物[6]。利用该方法得到的产物具有较好的可塑性，可以进一步用于工业加工。
2.2溶剂提取法
PHB是积累于细胞内不溶于水而溶于一些有机溶剂的大分子聚酯，因而可利用PHB溶于特定溶剂的方法，采取溶剂提取法生产PHB。国际上这方面的研究开展较早，许多工艺方法都已申请专利。溶剂提取法简便易行，提取率高，很多研究领域至今都在采用该方法。
应用于溶剂提取法的有机溶剂较多，如氯仿、亚甲基氯、一氯乙烷等氯代烃共沸物。由于PHB仅溶于为数不多的一些有机溶剂中，且溶解度较低，故溶液显得很黏稠，从而使PHB的提取液与杂质的分离变得很困难。为了易于分离，就必须加大溶剂的用量，一方面造成溶剂回收问题，另一方面也会带来溶剂损失问题[7-9]。即使溶剂回收率很高，但大量的溶剂会提升生产成本，也会造成环境的污染。总体来说，利用溶剂提取法需要使用大量溶剂，尽管能回收再利用，但是仍会对环境造成污染。
2.3化学试剂法
化学试剂法是利用氧化剂、表面活性剂或螯合剂等化学物质的作用，将细胞中的杂质转化成可溶于水的成分，从而去除杂质。细胞壁是机械破碎的主要障碍，碱性条件下细胞壁的强度变弱。因此，使用化学试剂预处理能降低细胞壁强度，可减少操作压力；在机械破碎前，调节pH值并加入化学试剂提取PHB的效果更加理想[3-4]。
2.3.1表面活性剂法[10]。即在水相条件下应用表面活性剂处理细胞，使细胞破裂，释放产物。如果要求提高提取产物的纯度，则加入络合剂或消化剂。表面活性剂种类繁多，作用广泛，用其提取PHB的研究较为广泛。
2.3.2次氯酸钠破除细胞壁分离法。利用次氯酸钠来分离提取物质是目前化学试剂法中报道最多的一种方法[11]。该方法在应用时受到一些限制，因为生产工艺中需用到次氯酸钠，该物质的氧化性较强，对PHB有剧烈的降解作用。随着研究的不断深入，学者发现通过控制次氯酸钠的作用条件，可以降低次氯酸钠对PHB的降解作用。
次氯酸钠破除细胞壁分离法的过程中，为防止提取物受到过多的损坏，须加入溶剂保护提取物。Hahn et al研究表明，pH值为10的条件下，将等体积的氯仿和次氯酸钠加入到细胞中，作用90 min，离心取氯仿相，得到的产物纯度高，分子量大。李伟等[10]利用Alcaligenes eutrophus提取PHB，产物纯度可达97%，提取率82%，分子量为310 kg/mol。
2.4物理方法
从细菌中提取PHB须经过细胞破壁，通常采用高压均质或高速珠研磨。一般PHB颗粒的粒径为1 μm左右，小于细胞颗粒的粒径[6]。因此，将干细胞粉碎后，形成极细的颗粒，再利用粒径的差异在液相或气相中分离、获取产物。Nod对Alcaligenes eutrophus和重组E.coli分别进行研究：超声波破胞，悬液进入旋流除砂器，4 Pa下高压分离，取上层喷雾干燥，获得产物，纯度均高于95%，产率90%。
2.5酶法
应用酶消化细胞物质，从而释放出产物。由于单一的酶不能消化全部的细胞物质，产物的纯度也不是很高，因而经常采用复合酶类并添加缓冲剂和表面活性剂。通过严格控制作用条件，可取得较好的效果[4]。
2.6基因工程方法
应用基因工程的原理和方法，在细菌体内克隆外源自溶基因，使菌体自溶，释放PHB颗粒。
3小结
PHB具有不可替代的生物相容性和生物可降解性，同时还具有光学活性、压电性、抗潮性、低透气性等特点，是世界上公认最理想的可完全降解的生物塑料新型材料。该文介绍各种分离提取PHB的方法，是为了降低PHB后期生产的提取成本，可为其广泛使用奠定一定的理论基础。研究PHB的提取方法技术含量高，符合现代社会的发展要求，随着研究的深入、材料性能的提高和公众环保意识的增强，PHB的应用将越来越广泛。
4参考文献
[1] 王贵林，矫学成，王伟，等.我国农村白色污染的危害及防治对策[J].现代农业科技，2008（24）：231-235
[2] 徐爱玲，张帅，张燕飞，等.积累PHB菌种隐藏嗜酸菌DX1-1的诱变改良[J].微生物学通报，2008（10）：111-118
[3] 梁亮.G7y菌株生产的PHAs提取工艺方法及降解特性研究[D].西安：西北大学，2001.
[4] 何竹青.PHA高产菌株的诱变选育及培养条件的研究[D].西安：西北大学，2009.
[5] 季爱云，崔志芳，李春露，等.生物可降解塑料聚β-羟基丁酸酯产生菌的选育[J].塑料，2010（3）：98-103
[6] 羊依金，李志章，张雪乔.微生物降解塑料的研究进展[J].化学研究与应用，2006，18（9）：1015-1021.
[7] 许旭萍，陈接锋，李惠珍.Sphaerotilus natans FQ40合成聚β-羟基丁酸（PHB）条件的研究[J].食品与发酵工业，2004，30（9）：23-26.
[8] 黄媛媛.活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展[J].生物技术通报，2009（6）：59-61，74.
[9] 唐明宇.聚β-羟基丁酸酯的微生物合成[J].山师范高等专科学校学报，2003，16（3）：232-234.
[10] 李伟，陈银广.活性污泥微生物以乙酸为碳源合成聚羟基烷酸酯的研究[J].环境科学，2009（8）：132-139
[11] 许旭萍，陈接锋.球衣菌胞内聚β-羟基丁酸提取方法的研究[J].生物技术通报，2006（3）：68-72.