- 來源：生物降解材料研究院
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- 發(fā)布時間：2024-10-12
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每年，全球生產(chǎn)4億噸塑料產(chǎn)品，其中一半是一年內(nèi)丟棄的一次性物品。
特別是，不可生物降解的塑料廢物，需要500多年才能自然分解，大多是通過填埋來處理的。在這個過程中，微塑料形成，破壞生態(tài)系統(tǒng)或在生物體中積累，增加其有害影響。隨著全球垃圾填埋場達(dá)到飽和，解決這一問題變得越來越緊迫。
Ahn，Jung Ho的研究團隊在韓國科學(xué)技術(shù)研究院清潔能源研究中心(KIST-Seoul，韓國)開發(fā)了一項技術(shù)，該技術(shù)使用來自微生物的酶來生物降解聚乙烯。
聚乙烯占每年生產(chǎn)的塑料的35%，并被廣泛用于各種目的，包括包裝材料和塑料袋。像其他不可生物降解的塑料一樣，聚乙烯經(jīng)常被丟棄到海洋或土壤中，在那里它會由于空氣和陽光而不斷氧化。一個研究小組首次成功識別出一種能夠分解這種氧化聚乙烯的酶。
研究小組專注于脂肪酶，這是一種分解天然聚合物脂質(zhì)的酶，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與聚乙烯相似。然后，他們開發(fā)了一種基于合成生物學(xué)的脂肪酶純化和生產(chǎn)工藝，并成功發(fā)現(xiàn)了Pelosinus fermentans脂肪酶1（PFL1）。當(dāng)這種來自厭氧細(xì)菌Pelosinus fermentans的脂肪酶應(yīng)用于聚乙烯時，重均分子量降低了44.6%，數(shù)均分子量下降了11.3%，兩者都表明了生物降解的程度。此外，通過電子顯微鏡，他們觀察到降解聚乙烯表面的撕裂和裂紋，證實了酶引起的生物降解過程。
研究小組還利用計算機模擬分析了PFL1和聚乙烯之間的相互作用，首次闡明了生物降解機制。他們觀察到PFL1酶強烈結(jié)合到聚乙烯表面，然后將其分解成小片段，PFL1特異性切割氧化碳-碳骨架內(nèi)的酯鍵。這些發(fā)現(xiàn)有望幫助增強PFL1酶的特性，并有助于尋找新的塑料生物降解酶。
目前的塑料廢物處理方法，如焚燒和化學(xué)降解，在分解過程中會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，需要昂貴的催化劑。然而，PFL1酶可以使用可再生資源大規(guī)模生產(chǎn)，并且該過程不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，使其成為一種環(huán)保技術(shù)。此外，在生物降解過程中產(chǎn)生的醇和羧酸可用于塑料再合成或化學(xué)材料的生產(chǎn)。
Ahn表示：“新發(fā)現(xiàn)的酶表明了生物降解以前難以處理的不可降解塑料廢物的可能性。我們的目標(biāo)是將該技術(shù)商業(yè)化，以解決垃圾填埋場飽和問題，實現(xiàn)塑料的可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟。”