石油烃类原料是不可再生资源，加之近年原油价格上涨至每桶60－70 美元，因而用来源广泛的糖类原料(葡萄糖、淀粉、粮薯、植物纤维等)代替石油原料生产可降解材料，成为国内外生物产业界研发的热门课题，最近由于技术的进展，对生物合成材料的技术路线出现了一些新的动向。
1.聚乳酸
聚乳酸在国内的研发已取得一定进展。天津南开大学以L－乳酸为原料，先制成L－丙交酯，然后用异辛酸亚锡为引发剂，进行开环聚合，制得了相对分子质量87 万的聚乳酸。浙江海正药业和中科院长春应化所，采用自主知识产权，二步法开环合成聚乳酸。乳酸利用率95%，聚合度15－80 万，耐温达100℃，可制取可降解的薄膜、胶片、包装材料和餐具。2005 年建年产5000吨聚乳酸生产装置。上海同济大学采用L－乳酸一步法丙交酯开环聚合制取聚乳酸获得专利，在上海建立了同杰良生物材料公司，商品L－乳酸先经膜分离精制，才进入生产线，分子量18—80万。试制可降解的薄膜、包装材料和餐具以及梳子等用品，理化及降解性能，符合国家标准。正计划建年产万吨级装置。河南飘安集团公司用丙交酯二步法开环聚合，试验规模6 吨，生产分子量5—80 万以上的聚乳酸，用以制取医用防护材料，如无纺布、面膜等。计划新建年产9000 吨装置。
聚乳酸生产技术有一定难度，特别是终端产品，尚需在韧性、拉伸、耐温、耐油、耐水等方面满足用户要求，需有后加工技术，没有足够的条件，不能轻易上项目。从根本上说，聚乳酸的发展，需要优质价廉的L－乳酸支持。目前即使在聚乳酸研究较领先的美国，尚认为L－乳酸价格昂贵，难以大规模产业化应用，因此仍在开展大幅降低L－乳酸成本的研究。
利用玉米秸秆，用纤维素酶酶解制L－乳酸，是国际研发L－乳酸新动向。美国嘉吉公司和杰能科公司合作开展了玉米秸纤维素酶解制L－乳酸试验，建成年加工玉米秸1000 吨的中试装置，采用自选菌种，在低pH 条件下发酵，试验结果每吨玉米秸产88%纯度的L－乳酸1225 磅(555公斤)。目前美国淀粉质原料L－乳酸每磅76 美分，嘉吉公司预计今后玉米秸L－乳酸成本为每磅50 美分，再经3－5 年能降到32 美分。
天津科技大学也在开展用玉米芯纤维素酶和米根霉同时糖化发酵L－乳酸的试验。
2.聚丁二酸丁二醇酯
也称聚丁烯琥珀酸酯，是另一类国内外研究较热的可降解材料，熔点114%，变形温度可超过100℃，得到塑料行业的极大关注。
用脂肪族二元酸和二元醇生成的脂肪族酸聚酯，是国际公认的完全生物降解聚合物。其中丁二酸丁二元醇聚酯，原料易得，成本相对较低，因而具有广阔的发展前景。日本SHOWAHIGH-POLYMER 公司实现发酵法生产丁二酸工业化生产，年产量3000 吨，商品名BIONOLLE。日本三菱化学和味之素公司，联合开发以玉米淀粉发酵法生产丁二酸生物型聚丁二酸丁二醇酯工艺路线。据称，其聚丁二酸丁二醇酯价格比聚乳酸便宜，可以在大多数生物降解应用范围替代聚乳酸。该公司在2006 年建设一座产能达3 万吨的聚丁二酸丁二醇酯装置。
我国工程塑料国家工程研究中心对聚丁二酸丁二醇酯的合成工作中取得进展，筛选出了高效催化体系，用熔融缩聚法直接合成出了高分子量的聚丁二酸丁二醇酯，其综合力学性能达到日太SHOWA HIGHPOLY-MER 公司的水平，部分性能指标达到了聚丙烯的水平。扬州格蕾丝公司已经和该中心达成技术授权年产2 万吨系列聚丁二酸丁二醇酯树脂的协议。中科院北京化学所及清华大学，亦均进入以制取薄膜为目的的聚丁二酸丁二醇酯中间试验阶段。
国内丁二酸目前生产均是顺酐法，发酵法丁二酸处于研发阶段，工业生产上在杭州鑫富取得进展。
3.1，3 丙二醇
1，3 丙二醇是新型化学纤维的原料，国外用1，3 丙二醇和对苯二甲酸合成的聚酯PTT。PTT纤维具有比涤纶、锦纶更优异的性能。美国PTT 几乎100%用于非衣料纺织品。国际PTT 生产能力，杜邦有12 万吨，正计划新增50 万吨；加拿大PPT-POLY 正新建10 万吨；德固赛PTT 一期计划3 万吨；日本旭化成已有0.1 万吨PIT 纤维，正和帝人公司合作，2006 年建成从PTT 聚合到纺丝年产10 万吨项目。
为降低1，3 丙二醇生产成本，美国原来看好采用葡萄糖为原料，生物合成法制取1，3
丙二醇，即直接以葡萄糖为原料，用基因工程菌生产1，3－丙二醇。
现生物合成路线可分为：糖类原料发酵成甘油，再将甘油歧化为1，3－丙二醇；另一路线为直接以甘油为原料。
(1)糖类原料发酵
杜邦和杰能科联合开发了将克氏肺炎杆菌中dha 调节子基因克隆到大肠杆菌中，并用此构建的基因工程菌以葡萄糖为底物，在年产80 吨规模中试中，得到发酵液含1，3 丙二醇160g／l。其主要特点是将厌氧变为好氧，使葡萄糖转化成甘油及甘油转化成1，3 丙二醇，下一步扩大至年产2.5 万吨，其投资将比化学合成法减少25%。国内把这一技术也列入了国家攻关课题。
清华大学以葡萄糖和粗淀粉为原料生产，该工艺已经实现5000 升发酵罐的中试。预计发酵法1，3 丙二醇成本2 万多元／吨，可以满足聚酯和纤维生产领域的要求。同时，与黑龙江辰能生物工程有限公司合作建设年产2 万吨的项目，首期年产2500 吨的装置设计工作目前进展顺利。安徽立兴化工公司，用自然突变和驯化的菌种甘油原料发酵法1，3 丙二醇，以2000 升发酵罐进行中试，目前通过鉴定，正计划建年产万吨级装置。
(2)生物柴油副产甘油原料
近年生物柴油快速发展，2001 年，欧盟国家生物柴油产量突破100 万吨，目前美国生物柴油的生产量在30 万吨左右。加拿大、巴西、日本等国家也在积极发展生物柴油。我国有丰富的植物油脂及动物油脂资源，我国每年消耗植物油1200 万吨，直接产生下脚酸化油250 万吨，大中城市餐饮业也产生地沟油500 万吨。
2005 年，我国对柴油年均需要增长率为4.4%，年消费达到8400 万吨左右。2010 年我国对柴油需求量将突破1 亿吨，2015 年市场需求量将会达到1.3 亿吨左右。生物柴油有7%左右甘油副产，因而甘油价每吨从万元降至5000 元，为生产1，3 丙二醇提供廉价甘油创造了新的机遇。今后有可能用甘油制1，3 丙二醇，比用糖类开发更为经济。
作者:中国发酵工业协会名誉理事长 尤新
作者：
2007-1-10