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简介
聚羟基脂肪酸酯(PHA)发现于1926年,具有良好的材料学性质和生物可
降解性,是一种可以替代传统塑料的“绿色塑料”。目前,对PHA的研究工
作广泛而深入,涉及普通微生物学、化学、分子生物学、生物化工、材料
科学与工程、环境科学、代谢工程、生物医学材料、制药工程、物理、合
成生物学等领域。PHA已经成为一个开展多学科合作研究的很好范例。
本书由国内从事PHA研究的权威专家执笔,系统阐述了PHA的制造技术
、物化性质、市场现状、应用前景以及最新的研究进展,体现了下列特色
。
内容全,既讲常见PHA,又论不常见PHA;既讲生产与应用,又论物化
性质,甚至介绍作为生物学研究工具的PHA合成基因。
资料新,如有专章论述PHA生产中的代谢工程策略,检测PHA物化性质
的各种新型方法。
实用性强,第7章专门讨论PHA的产业化问题,后续章节还阐述了手性
羟基脂肪酸的应用以及PHA的市场应用现状,进而揭示了PHA生态产业链的
概念。
本书特色鲜明,技术先进,可供国内从事PHA生产及应用的企业技术人
员和管理人员阅读,也可供材料科学与工程、生物技术等相关专业的师生
参考。
目录
书名页
版权页
前言页
目录页
第1章 聚羟基脂肪酸酯概述
1.1 聚羟基脂肪酸酯的结构及研究历史
1.2 PHA的生理功能
1.3 PHA的单体组成和分类
1.4 PHA的材料学性质
1.5 PHA的应用
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
1.5.2 生物可降解和生物相容性医用植入材料
1.5.3 可控药物缓释载体
1.5.4 寡聚物作为酮体供体的营养添加剂
1.5.5 手性单体作为药物或手性合成的中间体
1.5.6 PHA膜蛋白用于某些微量蛋白的分离
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
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)
1.6 我国研究和开发PHA的基础
1.7 如何建立一个以PHA为基础的产业链
参考文献
第2章 PHA的生物合成系统
2.1 PHA的生物合成途径
2.1.1 PHA生物合成的三条主要途径
2.1.2 其他PHA生物合成途径
2.1.3 重组菌的PHA生物合成途径
2.2 PHA生物合成相关基因的组织形式
2.3 PHA聚合酶——PHA生物合成的关键酶
2.3.1 PHA聚合酶基因的克隆方案
2.3.2 PHA聚合酶的分类
2.3.3 PHA聚合酶编码基因在基因组中的排列方式
2.3.4 PHA聚合酶的结构特征
2.3.5 PHA聚合酶的丝状模型和拓扑结构
2.3.6 对PHA聚合酶催化机制的推测
2.4 PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白
2.4.1 概述
2.4.2 PHA颗粒的结构
2.4.3 Phasins——PHA颗粒结合蛋白
2.4.4 PhaR——阻遏蛋白
2.4.5 PhaR和PhaP在大肠杆菌中的异源表达
2.4.6 PHA颗粒形成的计算机模拟
2.4.7 中长链PHA积累菌中的PHA颗粒结合蛋白
2.4.8 PHA颗粒与纳米材料
2.4.9 PHA颗粒的研究进展
2.5 PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白在蛋白纯化中的应用
参考文献
第3章 常见PHA的微生物发酵生产和提取
3.1 短链PHA的发酵生产
3.1.1 利用罗氏真养菌生产聚R-3-羟基丁酸酯
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
3.1.3 利用广泛产碱菌生产聚R-3-羟基丁酸酯
3.1.4 利用重组大肠杆菌生产聚R-3-羟基丁酸酯
3.1.5 新型短链PHA的合成
3.2 中长链PHA的发酵生产
3.2.1 利用嗜油假单胞菌生产中长链PHA
3.2.2 利用恶臭假单胞菌生产中长链PHA
3.3 短链和中长链PHA共聚酯的发酵生产
3.3.1 利用野生菌生产短链和中长链PHA共聚酯
3.3.2 利用基因工程菌生产短链和中长链PHA共聚酯
3.4 PHA的提取纯化工艺
3.4.1 有机溶剂提取法
3.4.2 氯仿法
3.4.3 次氯酸盐法
3.4.4 氯仿和次氯酸盐法
3.4.5 次氯酸盐-表面活性剂法
3.4.6 碱法
3.4.7 机械破碎法
3.4.8 酶法
3.4.9 乙酸乙酯法
3.4.10 异戊醇法
3.4.11 与PHA单体结构相似的酯类有机溶剂法
3.5 研究现状和前景展望
3.6 相关专利
参考文献
第4章 非常见PHA的合成
4.1 非常见PHA的概述
4.2 带非常见侧链结构PHA的生产和应用
4.2.1 具有高含量长烷基侧链单体的MCLPHA的研究
4.2.2 具有功能性侧链基团的MCLPHA的研究
4.3 带新型主链结构PHA的生产和应用
4.3.1 主链带硫酯键的PHA
4.3.2 主链带支化烷基的PHA
4.3.3 主链PEG化的PHA
参考文献
第5章 代谢工程在PHA生产上的应用
5.1 代谢工程应用于PHA生产的概述
5.2 PHA生产中常用的代谢工程手段
5.2.1 外源底物操纵
5.2.2 添加抑制剂
5.2.3 重组基因表达
5.2.4 调节基因剂量
5.2.5 引入异源前体供应途径
5.2.6 选择不同来源的基因
5.2.7 创建新的代谢途径
5.2.8 操控宿主基因组
5.2.9 PHA生物合成酶的蛋白质工程
5.3 大肠杆菌合成PHA的代谢工程
5.3.1 大肠杆菌合成短链PHA的代谢工程
5.3.2 大肠杆菌合成中长链PHA的代谢工程
5.4 罗氏真养菌和假单胞菌合成PHA的代谢工程
参考文献
第6章 PHA的其他生产方式
6.1 利用活性污泥生产PHA
6.1.1 利用活性污泥生产PHA的概述
6.1.2 由EBPR活性污泥处理过程生产PHA
6.1.3 活性污泥中积累PHA的微生物研究
6.1.4 活性污泥积累PHA的基因研究
6.1.5 活性污泥生产PHA的研究展望
6.2 利用转基因植物生产PHA
6.2.1 利用转基因植物生产PHA的概述
6.2.2 在拟南芥中合成PHB
6.2.3 在植物中合成PHBV
6.2.4 在植物中合成中长链PHA
6.2.5 转基因植物生产PHA的研究展望
参考文献
第7章 PHA的产业化
7.1 PHA的产业化概述
7.2 从石油塑料到生物可降解塑料
7.2.1 石油塑料的由来
7.2.2 常见石油塑料的性质
7.2.3 环境隐患促发对生物可降解塑料的开发
7.3 常见生物可降解塑料的性质及生产历史
7.3.1 聚乳酸的性质
7.3.2 第一代商业化PHA材料PHB的推出
7.3.3 第二代商业化PHA材料PHBV的开发与生产
7.3.4 第三代商业化PHA材料PHBHHx的开发与生产
7.3.5 第四代商业化PHA材料的研究进展及瓶颈
7.3.6 我国PHA生产的历史和现状
7.4 世界主要PHA生产企业
7.4.1 Metabolix公司
7.4.2 Tepha公司
7.4.3 宝洁公司(P&G)和Kaneka公司
7.4.4 BASF公司
7.4.5 ADM公司
7.4.6 ICI公司
7.4.7 Zeneca公司
7.4.8 Monsanto公司
7.4.9 Biocycle公司
7.5 我国PHA研究生产情况
7.5.1 汕头市联亿生物工程有限公司
7.5.2 宁波天安生物材料有限公司
7.5.3 江苏南天集团
7.5.4 深圳市奥贝尔科技有限公司
7.5.5 其他国内PHA公司
7.6 PHA的科学研究前景
7.6.1 短链PHA发酵生产的前景和展望
7.6.2 中长链PHA发酵生产的前景和展望
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
参考文献
第8章 PHA的理化性质
8.1 概述
8.2 PHA的分子结构
8.2.1 PHA的分类与特性
8.2.2 PHA分子结构的测定方法
8.2.3 PHA结构单元组成的测定
8.2.4 PHA结构单元序列分布的测定
8.3 PHA分子量及分子量分布的测定
8.4 PHA的结晶性质
8.4.1 PHA的晶体结构
8.4.2 PHA均聚物的单晶结构
8.4.3 PHA共聚物的单晶结构
8.4.4 PHA的球晶结构
8.4.5 PHA环带球晶中的片晶形态
8.4.6 PHA环带球晶中片晶生长的动态过程
8.5 PHA的结晶动力学
8.6 PHA结晶过程中链段的构象变化
8.7 PHB脆性的原因
8.8 第二组分对PHA结晶行为的影响
8.8.1 成核剂
8.8.2 增塑剂
8.8.3 溶剂
8.8.4 第二组分聚合物对PHA结晶行为的影响
8.9 PHA的物理性能
8.9.1 PHA的热性能
8.9.2 PHA的加工性能
8.9.3 PHA热塑性加工的特点
8.9.4 PHA的黏度和加工稳定性
8.9.5 PHA的热塑性加工方法和应用
8.9.6 PHA的机械性能
8.9.7 PHA的光电性能
8.10 PHA的化学性质
8.10.1 PHA的降解行为
8.10.2 PHA的化学改性
8.11 总结和展望
参考文献
第9章 手性羟基脂肪酸的生产和应用
9.1 手性羟基脂肪酸的概述
9.2 手性羟基脂肪酸的主要生产方法
9.2.1 化学方法直接合成手性羟基脂肪酸
9.2.2 化学方法降解聚羟基脂肪酸酯
9.2.3 生物酶法降解聚羟基脂肪酸酯
9.2.4 生物转化法生产手性羟基脂肪酸
9.2.5 利用基因工程菌直接生物合成手性羟基脂肪酸
9.3 手性羟基脂肪酸单体及寡聚体的主要应用
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
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
9.3.3 手性羟基脂肪酸的生理作用
9.3.4 手性羟基脂肪酸的潜在药用价值
9.4 前景和展望
参考文献
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
10.1 PHA的合成对微生物生理状况的影响
10.2 PHA的合成调节了生物的代谢流
10.3 PHA的合成提高了微生物的抗逆性
10.4 PHA合成基因在工业微生物中的应用
10.4.1 PHA的合成提高了兽疫链球菌生产透明质酸的能力
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
10.4.3 PHA的合成对移动单胞菌生产酒精的影响
10.4.4 PHA的合成对毕氏酵母合成外源蛋白的影响
参考文献
第11章 PHA的市场应用情况和用途
11.1 PHA在塑料工业中的应用
11.2 PHA作为生物可降解塑料
11.2.1 生物可降解塑料的定义
11.2.2 生物可降解塑料的分类
11.2.3 PHA的性质及应用
11.2.4 PHA用于塑料包装业的可能性
11.2.5 PHA类产品用于食品包装业的可能性
11.2.6 PHA类产品用于塑料业的经济性评价
11.2.7 国内外生物可降解塑料的发展情况
11.3 PHA在生物医疗方面的初步应用
11.3.1 PHB在生物医疗方面的初步应用
11.3.2 PHBV在生物医疗方面的应用
11.3.3 PHBHHx在生物医疗方面的应用
11.3.4 PHO和P4HB在生物医疗方面的应用
11.4 PHA的改性
11.4.1 对PHA降解性能的改性
11.4.2 对PHA表面性能的改性
11.4.3 对PHA机械性能的改性
11.5 PHA在其他领域的应用
参考文献
版权页
前言页
目录页
第1章 聚羟基脂肪酸酯概述
1.1 聚羟基脂肪酸酯的结构及研究历史
1.2 PHA的生理功能
1.3 PHA的单体组成和分类
1.4 PHA的材料学性质
1.5 PHA的应用
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
1.5.2 生物可降解和生物相容性医用植入材料
1.5.3 可控药物缓释载体
1.5.4 寡聚物作为酮体供体的营养添加剂
1.5.5 手性单体作为药物或手性合成的中间体
1.5.6 PHA膜蛋白用于某些微量蛋白的分离
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
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)
1.6 我国研究和开发PHA的基础
1.7 如何建立一个以PHA为基础的产业链
参考文献
第2章 PHA的生物合成系统
2.1 PHA的生物合成途径
2.1.1 PHA生物合成的三条主要途径
2.1.2 其他PHA生物合成途径
2.1.3 重组菌的PHA生物合成途径
2.2 PHA生物合成相关基因的组织形式
2.3 PHA聚合酶——PHA生物合成的关键酶
2.3.1 PHA聚合酶基因的克隆方案
2.3.2 PHA聚合酶的分类
2.3.3 PHA聚合酶编码基因在基因组中的排列方式
2.3.4 PHA聚合酶的结构特征
2.3.5 PHA聚合酶的丝状模型和拓扑结构
2.3.6 对PHA聚合酶催化机制的推测
2.4 PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白
2.4.1 概述
2.4.2 PHA颗粒的结构
2.4.3 Phasins——PHA颗粒结合蛋白
2.4.4 PhaR——阻遏蛋白
2.4.5 PhaR和PhaP在大肠杆菌中的异源表达
2.4.6 PHA颗粒形成的计算机模拟
2.4.7 中长链PHA积累菌中的PHA颗粒结合蛋白
2.4.8 PHA颗粒与纳米材料
2.4.9 PHA颗粒的研究进展
2.5 PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白在蛋白纯化中的应用
参考文献
第3章 常见PHA的微生物发酵生产和提取
3.1 短链PHA的发酵生产
3.1.1 利用罗氏真养菌生产聚R-3-羟基丁酸酯
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
3.1.3 利用广泛产碱菌生产聚R-3-羟基丁酸酯
3.1.4 利用重组大肠杆菌生产聚R-3-羟基丁酸酯
3.1.5 新型短链PHA的合成
3.2 中长链PHA的发酵生产
3.2.1 利用嗜油假单胞菌生产中长链PHA
3.2.2 利用恶臭假单胞菌生产中长链PHA
3.3 短链和中长链PHA共聚酯的发酵生产
3.3.1 利用野生菌生产短链和中长链PHA共聚酯
3.3.2 利用基因工程菌生产短链和中长链PHA共聚酯
3.4 PHA的提取纯化工艺
3.4.1 有机溶剂提取法
3.4.2 氯仿法
3.4.3 次氯酸盐法
3.4.4 氯仿和次氯酸盐法
3.4.5 次氯酸盐-表面活性剂法
3.4.6 碱法
3.4.7 机械破碎法
3.4.8 酶法
3.4.9 乙酸乙酯法
3.4.10 异戊醇法
3.4.11 与PHA单体结构相似的酯类有机溶剂法
3.5 研究现状和前景展望
3.6 相关专利
参考文献
第4章 非常见PHA的合成
4.1 非常见PHA的概述
4.2 带非常见侧链结构PHA的生产和应用
4.2.1 具有高含量长烷基侧链单体的MCLPHA的研究
4.2.2 具有功能性侧链基团的MCLPHA的研究
4.3 带新型主链结构PHA的生产和应用
4.3.1 主链带硫酯键的PHA
4.3.2 主链带支化烷基的PHA
4.3.3 主链PEG化的PHA
参考文献
第5章 代谢工程在PHA生产上的应用
5.1 代谢工程应用于PHA生产的概述
5.2 PHA生产中常用的代谢工程手段
5.2.1 外源底物操纵
5.2.2 添加抑制剂
5.2.3 重组基因表达
5.2.4 调节基因剂量
5.2.5 引入异源前体供应途径
5.2.6 选择不同来源的基因
5.2.7 创建新的代谢途径
5.2.8 操控宿主基因组
5.2.9 PHA生物合成酶的蛋白质工程
5.3 大肠杆菌合成PHA的代谢工程
5.3.1 大肠杆菌合成短链PHA的代谢工程
5.3.2 大肠杆菌合成中长链PHA的代谢工程
5.4 罗氏真养菌和假单胞菌合成PHA的代谢工程
参考文献
第6章 PHA的其他生产方式
6.1 利用活性污泥生产PHA
6.1.1 利用活性污泥生产PHA的概述
6.1.2 由EBPR活性污泥处理过程生产PHA
6.1.3 活性污泥中积累PHA的微生物研究
6.1.4 活性污泥积累PHA的基因研究
6.1.5 活性污泥生产PHA的研究展望
6.2 利用转基因植物生产PHA
6.2.1 利用转基因植物生产PHA的概述
6.2.2 在拟南芥中合成PHB
6.2.3 在植物中合成PHBV
6.2.4 在植物中合成中长链PHA
6.2.5 转基因植物生产PHA的研究展望
参考文献
第7章 PHA的产业化
7.1 PHA的产业化概述
7.2 从石油塑料到生物可降解塑料
7.2.1 石油塑料的由来
7.2.2 常见石油塑料的性质
7.2.3 环境隐患促发对生物可降解塑料的开发
7.3 常见生物可降解塑料的性质及生产历史
7.3.1 聚乳酸的性质
7.3.2 第一代商业化PHA材料PHB的推出
7.3.3 第二代商业化PHA材料PHBV的开发与生产
7.3.4 第三代商业化PHA材料PHBHHx的开发与生产
7.3.5 第四代商业化PHA材料的研究进展及瓶颈
7.3.6 我国PHA生产的历史和现状
7.4 世界主要PHA生产企业
7.4.1 Metabolix公司
7.4.2 Tepha公司
7.4.3 宝洁公司(P&G)和Kaneka公司
7.4.4 BASF公司
7.4.5 ADM公司
7.4.6 ICI公司
7.4.7 Zeneca公司
7.4.8 Monsanto公司
7.4.9 Biocycle公司
7.5 我国PHA研究生产情况
7.5.1 汕头市联亿生物工程有限公司
7.5.2 宁波天安生物材料有限公司
7.5.3 江苏南天集团
7.5.4 深圳市奥贝尔科技有限公司
7.5.5 其他国内PHA公司
7.6 PHA的科学研究前景
7.6.1 短链PHA发酵生产的前景和展望
7.6.2 中长链PHA发酵生产的前景和展望
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
参考文献
第8章 PHA的理化性质
8.1 概述
8.2 PHA的分子结构
8.2.1 PHA的分类与特性
8.2.2 PHA分子结构的测定方法
8.2.3 PHA结构单元组成的测定
8.2.4 PHA结构单元序列分布的测定
8.3 PHA分子量及分子量分布的测定
8.4 PHA的结晶性质
8.4.1 PHA的晶体结构
8.4.2 PHA均聚物的单晶结构
8.4.3 PHA共聚物的单晶结构
8.4.4 PHA的球晶结构
8.4.5 PHA环带球晶中的片晶形态
8.4.6 PHA环带球晶中片晶生长的动态过程
8.5 PHA的结晶动力学
8.6 PHA结晶过程中链段的构象变化
8.7 PHB脆性的原因
8.8 第二组分对PHA结晶行为的影响
8.8.1 成核剂
8.8.2 增塑剂
8.8.3 溶剂
8.8.4 第二组分聚合物对PHA结晶行为的影响
8.9 PHA的物理性能
8.9.1 PHA的热性能
8.9.2 PHA的加工性能
8.9.3 PHA热塑性加工的特点
8.9.4 PHA的黏度和加工稳定性
8.9.5 PHA的热塑性加工方法和应用
8.9.6 PHA的机械性能
8.9.7 PHA的光电性能
8.10 PHA的化学性质
8.10.1 PHA的降解行为
8.10.2 PHA的化学改性
8.11 总结和展望
参考文献
第9章 手性羟基脂肪酸的生产和应用
9.1 手性羟基脂肪酸的概述
9.2 手性羟基脂肪酸的主要生产方法
9.2.1 化学方法直接合成手性羟基脂肪酸
9.2.2 化学方法降解聚羟基脂肪酸酯
9.2.3 生物酶法降解聚羟基脂肪酸酯
9.2.4 生物转化法生产手性羟基脂肪酸
9.2.5 利用基因工程菌直接生物合成手性羟基脂肪酸
9.3 手性羟基脂肪酸单体及寡聚体的主要应用
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
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
9.3.3 手性羟基脂肪酸的生理作用
9.3.4 手性羟基脂肪酸的潜在药用价值
9.4 前景和展望
参考文献
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
10.1 PHA的合成对微生物生理状况的影响
10.2 PHA的合成调节了生物的代谢流
10.3 PHA的合成提高了微生物的抗逆性
10.4 PHA合成基因在工业微生物中的应用
10.4.1 PHA的合成提高了兽疫链球菌生产透明质酸的能力
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
10.4.3 PHA的合成对移动单胞菌生产酒精的影响
10.4.4 PHA的合成对毕氏酵母合成外源蛋白的影响
参考文献
第11章 PHA的市场应用情况和用途
11.1 PHA在塑料工业中的应用
11.2 PHA作为生物可降解塑料
11.2.1 生物可降解塑料的定义
11.2.2 生物可降解塑料的分类
11.2.3 PHA的性质及应用
11.2.4 PHA用于塑料包装业的可能性
11.2.5 PHA类产品用于食品包装业的可能性
11.2.6 PHA类产品用于塑料业的经济性评价
11.2.7 国内外生物可降解塑料的发展情况
11.3 PHA在生物医疗方面的初步应用
11.3.1 PHB在生物医疗方面的初步应用
11.3.2 PHBV在生物医疗方面的应用
11.3.3 PHBHHx在生物医疗方面的应用
11.3.4 PHO和P4HB在生物医疗方面的应用
11.4 PHA的改性
11.4.1 对PHA降解性能的改性
11.4.2 对PHA表面性能的改性
11.4.3 对PHA机械性能的改性
11.5 PHA在其他领域的应用
参考文献
编者还有:罗容聪、徐军、吴琼
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