◎本報記者 李 禾

　　研究人員通過改造嗜鹽菌，可以讓其在質量不穩定、不可滅菌的餐廚廢棄物水解物中生長，從(cong) 而生產(chan) 出可以完全降解的新型生物材料聚β—羥基丁酸酯。

　　隨著塑料消費量的逐年提高，各國陸續出台禁塑令或限塑令，生物可降解塑料已成為(wei) 熱門研究和產(chan) 業(ye) 化方向。5月8日，科技日報記者獲悉，清華大學聯合北京微構工場生物技術有限公司（以下簡稱微構工場）、諾維信（中國）生物技術有限公司等通過改造嗜鹽菌，可以讓其在質量不穩定、不可滅菌的餐廚廢棄物水解物中生長，從(cong) 而生產(chan) 出聚β—羥基丁酸酯（PHB），這證明了用餐廚廢棄物作為(wei) 碳源，替代部分葡萄糖作為(wei) 發酵底物或飼料生產(chan) 生物降解材料的可行性。相關(guan) 研究成果日前發表在《生物工程與(yu) 應用微生物》上。

　　PHB是聚羥基脂肪酸酯（PHA）的一種。包括PHB在內(nei) 的PHA，是一係列由微生物合成的天然高分子聚合物，能夠在有氧和無氧條件下實現生物降解，是可以完全降解的新型生物材料，也是完全由生物合成的碳中和生物降解材料。目前，我國已走在全球PHA產(chan) 業(ye) 化的前列，規劃產(chan) 能超過10萬(wan) 噸。

　　豐(feng) 富餐廚廢棄物的資源化利用方式

　　“與(yu) 傳(chuan) 統的垃圾填埋、焚燒處理方式不同，餐廚廢棄物資源化利用方式有3種，即高值化利用、能源化利用和肥料化利用。”同濟大學生態文明與(yu) 循環經濟研究所所長杜歡政教授說。

　　高值化利用是指用餐廚廢棄物來養(yang) 蟲子，再把蟲子作為(wei) 飼料來喂養(yang) 雞、鴨等動物。即通過餐廚廢棄物，把動植物蛋白轉換成昆蟲蛋白，再轉為(wei) 動物蛋白。“高值化利用既可以增加蛋白來源，又可以解決(jue) 廢棄物的資源化問題。”杜歡政說。

　　能源化利用是指餐廚廢棄物通過厭氧發酵，產(chan) 生沼氣用以發電或烹飪等；肥料化利用是指通過堆肥的方式，把餐廚廢棄物轉化成有機肥料。

　　而用餐廚廢棄物來生產(chan) 生物降解材料，為(wei) 餐廚廢棄物資源化利用提供了一個(ge) 全新的途徑。

　　改造後的嗜鹽菌不易受雜菌影響

　　由於(yu) PHA具有類似塑料的物理機械性能和加工性能，工業(ye) 上可以采用微生物批量生產(chan) 這種聚合物，並以此替代傳(chuan) 統塑料。

　　包括PHB在內(nei) 的PHA生物合成主要分為(wei) 3部分，即嗜鹽菌等底盤細胞、碳源、代謝途徑與(yu) 調控。簡單來說，PHA生物合成是通過基因編輯等手段，令底盤細胞能生長得更快，能高效“吃掉”碳源，令細胞中的PHA“由瘦變胖”，提高碳源轉化為(wei) PHA的效率；然後再把凝聚在一起的細胞，從(cong) 餐廚廢棄物水解物等培養(yang) 液中分離、提純出來。

　　相比普通塑料動輒上百年的降解周期，PHA製品進入海洋後，約1—3年即可實現完全自然降解。同時，純PHA製品對海洋和陸地動物無害，甚至可以被動物食用。

　　不過，餐廚廢棄物成分複雜，用其來生產(chan) 生物降解材料並不容易，“染菌”就是其中的主要問題。“染菌”是指除PHB生產(chan) 菌，即嗜鹽菌以外的雜菌在培養(yang) 液中進行生長代謝，它不僅(jin) 與(yu) 嗜鹽菌競爭(zheng) 生存資源，還會(hui) 嚴(yan) 重影響目標產(chan) 物的產(chan) 量，給發酵過程帶來較大的經濟損失。因此，在發酵流程中需要利用高溫高壓蒸汽對整個(ge) 發酵設備進行徹底滅菌，這一過程能耗較大。

　　微構工場等在合成生物技術平台的助力下，通過對嗜鹽菌重新設計和構建，開創了一整套全新的PHA生產(chan) 技術。改造後的嗜鹽菌能在開放、無滅菌的情況下發酵，不易被其他雜菌影響，具備在餐廚廢棄物水解物中生長的能力。

　　研究人員還發現，適當降低鹽濃度和接近中性的pH值可能會(hui) 進一步增加細胞幹重和PHB的積累。經反複試驗調整，最終結果表明，在細胞生長過程中，當pH值為(wei) 7時，細胞內(nei) 的PHB合成酶具有最佳活性，更有利於(yu) PHB的合成，這也使得餐廚廢棄物得到了更好的利用。

　　新一代嗜鹽菌還可利用廢甘油、乙酸等進行生產(chan)

　　在PHA產(chan) 業(ye) 化進程中，成本控製是一個(ge) 核心難點。微構工場聯合創始人吳赴清說，嗜鹽菌發酵不需要高溫、高壓滅菌，因此在規模化生產(chan) 時，建設生產(chan) 線的要求和成本較低。以餐廚廢棄物作為(wei) 碳源來生產(chan) 降解材料，成本還將進一步降低。

　　根據普華永道發布的《PHA生物可降解塑料產(chan) 業(ye) 白皮書(shu) 》，PHA優(you) 秀的降解與(yu) 物理性能、日漸成熟的生產(chan) 技術、不斷擴大的市場規模等，都將為(wei) PHA產(chan) 業(ye) 的發展提供強勁的驅動力，使其成為(wei) 最具成長潛力的生物可降解材料。預計在未來3—5年內(nei) ，全球PHA市場規模將達629億(yi) 元，主要市場集中在不便於(yu) 回收的強需求場景，如一次性包裝材料、一次性餐飲具等。

　　微構工場研發團隊也表示，除餐廚廢棄物外，基於(yu) 下一代工業(ye) 生物技術體(ti) 係的新一代嗜鹽菌還可以利用不少廢棄碳源進行生產(chan) ，例如秸稈水解物、廢甘油、糖蜜、乙酸等，能更好應對環境和經濟挑戰。