塑料污染已成為全球性環境挑戰,傳統石油基塑料的不可降解性導致生態危機加劇。聚乳酸(PLA)作為可再生資源衍生的生物可降解聚酯,雖在包裝、醫療等領域逐步替代傳統塑料,但其工業堆肥降解需高溫(60-65℃)且耗時長達12周,且無法回收乳酸單體(lactic acid),嚴重制約循環經濟應用。現有化學或熱降解方法能耗高、條件苛刻,而微生物降解效率低下。如何實現PLA在溫和條件下的高效解聚并回收高值單體,成為突破生物塑料推廣瓶頸的關鍵。
酶解新方案:精準攻擊+條件溫和
米曲霉作為食品工業常用的安全真菌,其分泌的脂肪酶具有無毒、可大規模制備的特點。
研究團隊選用食品工業常用的米曲霉脂肪酶,在37℃(接近人體體溫)的中性至弱堿性環境中開展實驗。結果顯示,當pH值調至8.0時,脂肪酶如同“分子剪刀”,精準剪斷PLA無定形區域的酯鍵,而保留其結晶結構。顯微鏡下可見,處理后的PLA薄膜表面從光滑變得粗糙多孔,親水性顯著提升,這意味著更多酶分子能接觸到聚合物鏈,加速降解進程。
更關鍵的是,隨著酶濃度增加,PLA薄膜和微粒的降解速度明顯加快。高效液相色譜檢測證實,降解過程中釋放出大量乳酸單體——這些“建筑積木”可重新聚合為新PLA,真正實現“從自然到自然”的閉環。
環保與經濟雙贏:開啟循環經濟新可能
該研究證實米曲霉脂肪酶可在37℃、pH 8.0下高效解聚PLA,無需預處理或有毒溶劑。酶促降解的“非晶區優先”特性為設計可控降解材料提供新思路,而乳酸單體的回收實現了閉環再生。
這一低能耗、高特異性策略不僅加速PLA堆肥進程,更為生物塑料的化學回收(chemical recycling)奠定基礎,推動碳中和目標下的可持續材料發展。
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