塑料污染已成為全球性環(huán)境挑戰(zhàn),傳統(tǒng)石油基塑料的不可降解性導(dǎo)致生態(tài)危機(jī)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(yī)療等領(lǐng)域逐步替代傳統(tǒng)塑料,但其工業(yè)堆肥降解需高溫(60-65℃)且耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)12周,且無(wú)法回收乳酸單體(lactic acid),嚴(yán)重制約循環(huán)經(jīng)濟(jì)應(yīng)用,F(xiàn)有化學(xué)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(shí)現(xiàn)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(guān)鍵。
酶解新方案:精準(zhǔn)攻擊+條件溫和
米曲霉作為食品工業(yè)常用的安全真菌,其分泌的脂肪酶具有無(wú)毒、可大規(guī)模制備的特點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)選用食品工業(yè)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(huán)境中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,當(dāng)pH值調(diào)至8.0時(shí),脂肪酶如同“分子剪刀”,精準(zhǔn)剪斷PLA無(wú)定形區(qū)域的酯鍵,而保留其結(jié)晶結(jié)構(gòu)。顯微鏡下可見(jiàn),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(jìn)程。
更關(guān)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(cè)證實(shí),降解過(guò)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(shí)現(xiàn)“從自然到自然”的閉環(huán)。
該研究證實(shí)米曲霉脂肪酶可在37℃、pH 8.0下高效解聚PLA,無(wú)需預(yù)處理或有毒溶劑。酶促降解的“非晶區(qū)優(yōu)先”特性為設(shè)計(jì)可控降解材料提供新思路,而乳酸單體的回收實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)再生。
這一低能耗、高特異性策略不僅加速PLA堆肥進(jìn)程,更為生物塑料的化學(xué)回收(chemical recycling)奠定基礎(chǔ),推動(dòng)碳中和目標(biāo)下的可持續(xù)材料發(fā)展。
(關(guān)鍵字:PLA)