高分子材料PHA竟然可以吃？大黄鱼有话说 | We See

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来源 | 微构工场

编辑 | 微构工场Joyce

PHA是一种高分子生物材料，存在于细菌细胞等微生物细胞中，是一类作为碳和储能材料积累的多种天然细胞内生物聚酯。简单来说，PHA类似微生物的脂肪，用来储存能量。既然是微生物体的一部分，则具有天然的生物相容性等特点。

作为神农后代，每当看到一个新物种，尝百草之心便由然而生，不禁要问出灵魂三连问——能吃吗？好吃吗？怎么吃？我们也可以研究一下PHA“能好怎”的问题。

首先，PHA能吃吗？

答案是肯定的，PHA真的可以吃！

PHB（聚β-羟基丁酸酯）是PHA家族中最简单、研究最多的成员，具有一定粒度的脂溶性颗粒，也广泛存在于微生物体内，作为营养及能量储存物质参与细胞代谢[1]。PHB在动物肠道内可以通过酶解和化学水解的方式，降解为短链脂肪酸β-羟基丁酸单体（d-3HB）为动物所利用[2,3]。由于PHB 具有疏水性，因此一些研究中将PHB作为水产饲料中的添加剂来使用，对于水产动物有防病促生长的作用[4-6]。

除此之外，d-3HB也是人和动物体内的代谢产物，是一种在碳水化合物缺乏过程中产生的天然酮体，可以为身体细胞、心脏和大脑提供能量。因此近年来，外源性酮补充剂的使用越来越受欢迎，例如运动员摄入d-3HB可以有效地优化身体成分，从而提高运动成绩。

第二个问题，好吃吗？

这个问题，可以问问大黄鱼、中华绒螯蟹、欧洲鲈鱼、罗氏沼虾......

CCTV《走近科学》节目报道过科学家用添加了PHB的饲料喂养大黄鱼的研究。科学家并没有选择当季价格低廉的小杂鱼作为饲料，而是使用添加了PHB的配合饲料。由于鱼糜投入水中容易溃散，不便于控制大黄鱼摄入的食量，而添加了PHB的配合饲料容易漂浮在水上，利于严格控制食量、频率进行喂养，同时也能减少饲料溶解在水中造成的污染。

当大黄鱼吃掉含有PHB饲料后，就会在体内降解为d-3HB。经过一段时间的饲养，最终食用PHB的大黄鱼重量达到700克，而食用普通饲料的大黄鱼重量仅有400克。

《走近科学》节目，点击文末阅读原文观看完整视频

在另外一项用PHB饲养大黄鱼的研究中，数据表明，当添加1％和2％的PHB作为饲料添加剂时，鱼生长得更快，体重可增加10%-25%，并伴随成活率的提高[7]。因此可以得出结论，PHB作为大黄鱼的饲料添加剂不仅无害，而且在促进生长上也有一定作用。

除此之外，PHB在保护动物免受生长中的各种细菌性疾病方面也显示出重要性。研究表明，水体中存在一定量的 PHB可以抑制弧菌生长并保护被弧菌感染的卤虫(Artemia franciscana)[8,9]；饲料中添加适量的 PHB可以促进欧洲鲈鱼(Dicentrarchus labrax)和罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)的生长并有利于其肠道益生菌群的形成[10,11]；采用 PHB 强化的轮虫和卤虫投喂中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)蚤状幼体, 可显著提高其蜕皮和抗弧菌能力[12]等等。

这样看来，动物吃掉PHB后不仅可以长大增重，而且还可以免于一些细菌疾病，是真的很“好吃”。

最后，怎么吃？

在动物饲养中，PHA可以被做成饲料；对于人来说，则可以补充外源性酮补充剂。然而，摄入酮盐和酮酯会产生不必要的胃肠道副作用，或者在释放d-3HB进行吸收之前需要进一步降解。由于难以大量获得游离酸形式，目前还没有基于将游离酸形式的d-3HB作为饮料补充给人类或动物的直接研究。

迄今为止，大多数与生产外源性d-3HB有关的专利方法都是通过化学合成[13]。而近年来，PHB可以通过使用一种名为Halomonas TD01的新菌株的细菌合成有效生产[14]，利用生物合成法可以生产千克规模的d-3HB。相信不久的将来，人们也可以享受到这种新型的产品。

除了上述的优点之外，PHA还具有优异且可控的生物降解性、多样的机械性能和热加工性等。得益于这些特点，PHA可用于医用微球、医用缓释载体、人体植入材料、抗菌纤维等多个领域。期待在各界的努力下，PHA及其相关技术将成为一个覆盖发酵、材料、能源、精细化学品、医疗、营养等领域的全产业价值链。

参考文献：

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1. 刘俊梅, 王璐, 等. 聚-β-羟基丁酸酯的特性及检测方法研究进展[J]. 广州化工, 2014, 42(50): 5-8.

2. Defoirdt T, Boon N, Sorgeloos P et al, 2009. Short-chain fatty acids and poly-β-hydroxyalkanoates: (New) Biocontrol agents for a sustainable animal production. Biotechnol Adv, 27: 80-85

3. Defoirdt T, Sorgeloos P, Bossier P et al, 2011. Alternatives to antibiotics for the control of bacterial disease in aquaculture. Current Opinion in Microbiology, 14: 251-258

4. 邓康裕, 孔杰, 等. 聚β-羟基丁酸酯对中国明对虾抗WSSV能力的影响[J]. 水产学报, 2014,38(8): 1167-1174.

5. 刘玉, 隋丽英, 等. 聚β-羟基丁酸酯(PHB)对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)幼蟹生长和肝胰腺酶活力的影响[J]. 青岛: 海洋与湖沼, 2013,44(5): 1333-1338.

6. Sui L Y, Cai J, Sun HX, et al, Effect of poly-B-hydroxybutyrate on Chinese mitten crab, Eriocheir sinensis, larvae challenged withpathogenic Vibrio anguillarum[J]. J Fish Dis, 2012, 35(5): 359-364.

7. Xuan Wang, Xiao-Ran Jiang, Fuqing Wu et al, Microbial Poly-3-Hydroxybutyrate (PHB) as a Feed Additive for Fishes and Piglets. Biotechnol J. 2019 Dec;14(12):e1900132.

8. Defoirdt T, Halet D, Vervareren H et al, 2007. The bacterial storage compound poly-β-hydroxybutyrate protects Artemia franciscana from pathogenic Vibrio campbellii. Environ Microbiol, 9: 445-452

9. Halet D, Defoirdt T, Van Damme P et al, 2007. Poly-β- hydroxybutyrate accumulating bacteria protect gnotobiotic Artemia franciscana from pathogenic Vibrio campbellii. FEMS Microbiol Ecol, 60: 363-369

10. De Schryver P, Sinha A K, Kunwar P S et al, 2010. Poly-β- hydroxybutyrate (PHB) increases growth performance and intestinal bacterial range-weighted richness in juvenile European sea bass, Dicentrarchus labrax. Appl Microbiol Biotechnol, 86: 1535-1541

11. Nhan D T, Wille M, De Schryver P et al, 2010. The effect of poly-β-hydroxybutyrate on larviculture of the giant fresh water prawn Macrobrachium rosenbergii. Aquaculture, 302: 76-81

12. Sui L Y, Cai J L, Sun H X et al, 2012. Effect of poly-β- hydroxybutyrate on Chinese mitten crab Eriocheir sinensis larvae challenged with pathogenic Vibrio anguillarum. J Fish Diseases, 35: 359-364

13. Haas T, Hecker A, Potter M, Bulter T (2018) A method of synthesizing 3-hydroxybutyric acid. [Patent No.WO2017/016902]

14. Tan D, Xue Y-S, Aibaidula G, Chen G-Q (2011) Unsterile and continuous production of polyhydroxybutyrate by Halomonas TD01. Bioresour Technol 102:8130–8136.

* 图片来源：Pexels、走进科学、Biotechnol J

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