综述：微藻源聚羟基丁酸酯（PHB）的生产及其机械性能改进研究

这篇综述系统探讨了微藻合成聚羟基丁酸酯（PHB）的优化策略及其机械性能改进。通过筛选优势藻种（如Chlorella pyrenoidosa）、优化混合营养培养条件（氮磷限制）及环保溶剂（如DMC）提取技术，可显著提升PHB产率。同时，文章重点分析了增塑剂（降低玻璃化转变温度Tg）与生物聚合物共混（如PCL/PBAT）对改善PHB脆性的协同作用，为其在可持续包装领域的应用提供理论支撑。

　　

摘要

聚羟基丁酸酯（PHB）作为完全可家庭堆肥降解的生物聚酯，其低产率和脆性限制了应用。微藻凭借光自养特性（利用光能和CO₂）成为低成本生产PHB的理想载体。研究表明，在奶酪乳清废水中混合培养的蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）在氮磷限制条件下PHB产率最高。环保溶剂二甲基碳酸酯（DMC）可实现高效提取。通过增塑（如降低T_g）和与聚己内酯（PCL）等共混可显著改善其机械性能。

PHA概述

PHAs是线性聚酯，按单体碳链长度分为短链（scl-PHAs，如PHB）、中链（mcl-PHAs）和长链（lcl-PHAs）。PHB作为典型scl-PHA，因高结晶度（>60%）导致脆性，其分子量分布和立体规整度直接影响力学性能。

PHB合成机制

微藻通过乙酰辅酶A途径合成PHB，关键酶包括β-酮硫解酶（PhaA）、乙酰辅酶A还原酶（PhaB）和PHB合酶（PhaC）。碳源类型（如乙酸钠）和营养胁迫（氮磷缺乏）可显著促进胞内颗粒积累，荧光显微观察显示PHB颗粒定位于细胞质。

微藻PHB的脆性成因

1. 物理老化：低于T_g时，无定形区（MAF）分子链重排导致次级结晶；
2. 结构缺陷：短链特性使片晶厚度不均，引发应力集中。对比实验显示，纯PHB断裂伸长率仅3%，远低于PBAT（>600%）。

机械性能改进策略

1. 增塑改性：添加柠檬酸酯可降低T_g至-15°C，结晶度下降40%；
2. 共混体系：与PCL（20wt%）共混使冲击强度提升8倍，归因于PCL的柔性链段抑制裂纹扩展；
3. 纳米复合：纤维素纳米晶（CNC）的界面氢键网络使拉伸模量提高200%。

未来方向

需突破微藻遗传改造（如过表达phaC基因）和废水培养基优化（如利用食品加工废水）以降低成本。

结论

微藻PHB凭借碳中和生产和两周内完全降解的特性，是解决塑料污染的潜力材料，但需通过多尺度改性平衡其力学性能与加工成本。