自塑料发明以来,人类已经产生了83亿吨塑料,其中有63亿吨变成了塑料垃圾。塑料污染是最紧迫的环境问题之一。最新报告预测,到年,每年进入海洋的塑料量将接近三倍,达到万吨,相当于地球海岸线每米50公斤。如果没有更好的回收基础设施和技术,继续按照目前的生产速度发展下去,到年,将有亿吨塑料被扔进垃圾填埋场和自然界。
近日英国科学家在研究年发现的某种PET塑料(聚对苯二甲酸乙二酯)降解酶的过程中,无意间改变了该酶的结构,导致其降解PET的能力有效提高(速度是之前用于分解塑料的酶的6倍)。于是科学家基于这种酶改造出了一种能“吃”塑料的物质。这项技术将有助塑料的回收和再利用,帮助解决全球目前面临的塑料污染问题。
酶是什么?有什么用?
酶是活细胞制造的某些特殊蛋白质(极少数是RNA),它们参与生物体中的一系列生化反应,通过复杂而精妙的机制调控反应进行的速率、方向以及程度。人们很好地利用了酶的这些性质:用它制作洗涤剂清洁污渍和处理原油污染,制备生物质燃料,甚至是用来杀菌消*。
为什么塑料要用生物降解?
降解,顾名思义,就是降低结合力后分解。官方说法是:让有机化合物分子中的碳原子被分离出来,从而使分子量降低。塑料如果放着不动是会自然降解的,但塑料是经过高温高压催化剂等条件下聚合形成的高分子量聚合物,这种条件下的产物通常具有常温物理稳定性,所以自然降解塑料的速率是很低的。
当然你也可以利用淀粉、纤维素等可被微生物降解的高聚物制成的塑料,开始你想想这些原材料都是吃进肚子能被消化的物质,稳定性能是比不上普通的塑料的,抗摔比不上PC,耐热比不上PA,防腐比不上PE,而且最主要的问题是:成本太高。那只剩一条路了,酶。活性高的物质可以作为催化物,破坏有机物的内部稳定产生化学反应,这满足了降解的条件。原材料多取自细菌,易获得。
“塑料克星”们
早在年日本科学家就发现了这种细菌,因此它得名“大坂堺菌”。通过对它的研究,科学家发现了名为“PETase”的酶有降解塑料的作用,这次的“塑料克星”也是基于这种酶升级而来:研究人员利用同步辐射光源产生的强力X射线对这种酶的试样进行照射,通过X射线与样品的相互作用分析该酶的空间结构,被改变结构后这种酶的活性被极大地提高,于是研究人员将它与它的伙伴酶--MHETase结合起来,进一步提高了其速度降解效率。
至于PRT塑料,这是目前较为常用塑料(用于塑料瓶)中的一种。PET需要数百年的时间才能在环境中降解,而在此之前的塑料分解酶作用下也需要数月的时间,而PETase可以在几天内将其分解为基础的分子。缺点就是酶的专一性,这种酶只能分解这种塑料。至于其他塑料,这就需要特定的酶来处理了。而如果遇到不可生物降解的塑料,就算是酶也束手无策。
当然我们对那些“难伺候”的塑料也是有办法的,比如微小的蜡虫,它可以刺破塑料,甚至可以刺破聚乙烯,聚乙烯就是一种常见且不可生物降解的塑料,该塑料目前大量堆积在垃圾填埋场和海洋。还有*粉虫,它是粉虫甲虫的幼虫阶段,由于肠道中存在细菌,大约3,至4,条粉虫可以在大约一周的时间内分解一只聚苯乙烯泡沫塑料咖啡杯。
这次的PET降解酶的发现给科学家们开辟了一个全新的研究方向:细菌对环境的适应能力是非常惊人的,我们可以通过改变细菌的生存环境来得到更多“能吃塑料”的酶。英国科学家们的这次升级就是一次全新的尝试,希望生物降解技术能够飞速发展,让海龟飞鸟们不再因误食塑料而痛苦地死去。