◎本報記者 李 禾

　　研究人員通過改造嗜鹽菌,，可以讓其在質(zhì)量不穩(wěn)定,、不可滅菌的餐廚廢棄物水解物中生長,，從而生產(chǎn)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(xù)出臺禁塑令或限塑令,，生物可降解塑料已成為熱門研究和產(chǎn)業(yè)化方向,。5月8日,，科技日報記者獲悉,，清華大學(xué)聯(lián)合北京微構(gòu)工場生物技術(shù)有限公司（以下簡稱微構(gòu)工場）,、諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司等通過改造嗜鹽菌，可以讓其在質(zhì)量不穩(wěn)定,、不可滅菌的餐廚廢棄物水解物中生長,，從而生產(chǎn)出聚β―羥基丁酸酯（PHB），這證明了用餐廚廢棄物作為碳源,，替代部分葡萄糖作為發(fā)酵底物或飼料生產(chǎn)生物降解材料的可行性,。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《生物工程與應(yīng)用微生物》上。

　　PHB是聚羥基脂肪酸酯（PHA）的一種,。包括PHB在內(nèi)的PHA,，是一系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(xiàn)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(chǎn)業(yè)化的前列,，規(guī)劃產(chǎn)能超過10萬噸。

　　豐富餐廚廢棄物的資源化利用方式

　　“與傳統(tǒng)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,?！蓖瑵?jì)大學(xué)生態(tài)文明與循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(yǎng)蟲子,，再把蟲子作為飼料來喂養(yǎng)雞,、鴨等動物。即通過餐廚廢棄物,，把動植物蛋白轉(zhuǎn)換成昆蟲蛋白,，再轉(zhuǎn)為動物蛋白?！案咧祷眉瓤梢栽黾拥鞍讈碓?，又可以解決廢棄物的資源化問題?！倍艢g政說,。

　　能源化利用是指餐廚廢棄物通過厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣用以發(fā)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(zhuǎn)化成有機(jī)肥料。

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

　　改造后的嗜鹽菌不易受雜菌影響

　　由于PHA具有類似塑料的物理機(jī)械性能和加工性能，工業(yè)上可以采用微生物批量生產(chǎn)這種聚合物,，并以此替代傳統(tǒng)塑料,。

　　包括PHB在內(nèi)的PHA生物合成主要分為3部分，即嗜鹽菌等底盤細(xì)胞,、碳源,、代謝途徑與調(diào)控。簡單來說,，PHA生物合成是通過基因編輯等手段,，令底盤細(xì)胞能生長得更快，能高效“吃掉”碳源,，令細(xì)胞中的PHA“由瘦變胖”,，提高碳源轉(zhuǎn)化為PHA的效率；然后再把凝聚在一起的細(xì)胞,，從餐廚廢棄物水解物等培養(yǎng)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制品進(jìn)入海洋后,，約1―3年即可實現(xiàn)完全自然降解。同時,，純PHA制品對海洋和陸地動物無害,，甚至可以被動物食用。

　　不過,，餐廚廢棄物成分復(fù)雜,，用其來生產(chǎn)生物降解材料并不容易，“染菌”就是其中的主要問題,?！叭揪笔侵赋齈HB生產(chǎn)菌，即嗜鹽菌以外的雜菌在培養(yǎng)液中進(jìn)行生長代謝,，它不僅與嗜鹽菌競爭生存資源,，還會嚴(yán)重影響目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量，給發(fā)酵過程帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失,。因此,，在發(fā)酵流程中需要利用高溫高壓蒸汽對整個發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行徹底滅菌，這一過程能耗較大,。

　　微構(gòu)工場等在合成生物技術(shù)平臺的助力下,，通過對嗜鹽菌重新設(shè)計和構(gòu)建，開創(chuàng)了一整套全新的PHA生產(chǎn)技術(shù),。改造后的嗜鹽菌能在開放,、無滅菌的情況下發(fā)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(fā)現(xiàn)，適當(dāng)降低鹽濃度和接近中性的pH值可能會進(jìn)一步增加細(xì)胞干重和PHB的積累,。經(jīng)反復(fù)試驗調(diào)整,，最終結(jié)果表明，在細(xì)胞生長過程中,，當(dāng)pH值為7時,，細(xì)胞內(nèi)的PHB合成酶具有最佳活性，更有利于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(jìn)行生產(chǎn)

　　在PHA產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中,，成本控制是一個核心難點,。微構(gòu)工場聯(lián)合創(chuàng)始人吳赴清說，嗜鹽菌發(fā)酵不需要高溫,、高壓滅菌,，因此在規(guī)模化生產(chǎn)時,，建設(shè)生產(chǎn)線的要求和成本較低,。以餐廚廢棄物作為碳源來生產(chǎn)降解材料,，成本還將進(jìn)一步降低。

　　根據(jù)普華永道發(fā)布的《PHA生物可降解塑料產(chǎn)業(yè)白皮書》,，PHA優(yōu)秀的降解與物理性能,、日漸成熟的生產(chǎn)技術(shù)、不斷擴(kuò)大的市場規(guī)模等,，都將為PHA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)勁的驅(qū)動力,，使其成為最具成長潛力的生物可降解材料。預(yù)計在未來3―5年內(nèi),，全球PHA市場規(guī)模將達(dá)629億元,，主要市場集中在不便于回收的強(qiáng)需求場景，如一次性包裝材料,、一次性餐飲具等,。

　　微構(gòu)工場研發(fā)團(tuán)隊也表示，除餐廚廢棄物外,，基于下一代工業(yè)生物技術(shù)體系的新一代嗜鹽菌還可以利用不少廢棄碳源進(jìn)行生產(chǎn),，例如秸稈水解物、廢甘油,、糖蜜,、乙酸等，能更好應(yīng)對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn),。