微生物降解塑料的研究进展

塑料广泛应用于人类的生活中,其中约80%的塑料垃圾被填埋,最终成为陆地和海洋垃圾。由于管理与处置不善,这些废弃物造成了巨大的环境污染,目前回收再利用是较好的处置方式,但对某些塑料废弃物并没有妥善的处置方式。生物降解作为环境友好的处置方式,具有巨大的应用潜力。本文对聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氨酯这6种常用塑料的降解微生物及生物降解机制进行了总结,对目前微生物降解塑料存在的问题进行了分析,并提出了促进微生物降解塑料应用的途径,为生物降解塑料菌株和降解酶的开发应用、降解机制研究提供理论参考。     

聚乙烯塑料生物降解研究进展

聚乙烯(polyethylene,PE)塑料是全球通用合成树脂中产量最丰富的品种，也是最难降解的塑料之一，其在环境中大量积累已造成严重的生态污染。传统的垃圾填埋、堆肥和焚烧处理技术难以满足生态环境的保护要求，生物降解是解决塑料污染问题的一种生态友好、成本低廉、前景可期的方法。本文对PE塑料的化学结构、降解微生物的种类、降解酶和代谢途径等方面进行了综述，结合国内外PE塑料生物降解的前沿和热点问题，建议重点开展高效降解菌株筛选、人工合成菌群构建、降解酶的挖掘与改造等方面的研究，为PE塑料生物降解研究提供路径选择和理论借鉴。     

聚氨酯塑料生物降解的研究现状

目前,聚氨酯(PUR)塑料占据全球塑料市场的6%左右,然而,由于处置不合理,大量聚氨酯塑料被丢弃到环境当中,造成了严重的资源浪费和环境污染等问题。废弃塑料的资源再利用已成为各个国家关注的重要问题。废弃塑料处理主要包括掩埋、焚烧以及机械回收、物理化学和生物利用等。与传统物理和化学法的降级利用相比,生物法因其绿色安全和潜在的高值化利用而成为研究者关注的热点。然而,塑料高分子特殊的分子结构使得目前塑料生物处理依然存在诸多问题,难以实现规模化应用。本文综述了PUR的化学结构和PUR降解性微生物的筛选方法,并总结了PUR降解微生物和降解酶的研究现状以及评价其降解效果的方法,为推进PUR生物降解研究提供了一定参考。     

淀粉生物塑料开始在我国规模化生产

最近,一种以谷物、薯类等植物淀粉为原料的生物塑料由武汉华丽环保科技有限公司自主研发并开始规模生产。该生物塑料中淀粉质量分数大于80％,使用后可100％回归大自然,对环境无毒无污染,该材料的性能及工业生产技术达到了国际先进水平。武汉华丽公司经过多年研究,通过化学和物理方法对淀粉进行改性和塑化,使其成为集刚性、韧性、柔性和弹性于一体的新型环保材料。据介绍,这种生物塑料的原料是淀粉,因此生产成本低,价格比国外的同类产品低1／3;另一方面由于它含淀粉80％以上,因此降解性能好,在自然环境条件下,它可以完全分解为二氧化碳和水,对环境不产生任何污染。     

聚焦生物降解塑料

<正>传统聚烯烃塑料在自然界中很难降解,塑料垃圾(也称"白色污染")遍布全球,给自然界的污染问题带来巨大困扰。生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。     

聚氨酯塑料降解菌G-11的筛选鉴定及其塑料降解特性

聚氨酯(polyurethane,PUR)塑料因其特殊的理化性质而被广泛应用。然而,大量废弃PUR塑料的不合理处置造成了严重的资源浪费和环境污染。利用微生物的手段实现废弃PUR塑料的高效降解和循环利用成为目前的研究热点之一,而高效降解菌是PUR塑料生物法处理的关键。本研究以垃圾填埋场PUR类废塑料样品为来源,分离到一株能够降解PUR类似物Impranil DLN的微生物,并对其PUR降解特性开展了研究。通过16S rRNA基因序列比对将该菌初步鉴定为拟无枝杆菌属(Amycolatopsis sp.),命名为G-11。PUR塑料降解实验结果表明,菌株G-11对商业化PUR塑料的减重率达到4.67%,扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)发现塑料结构被破坏,表面出现侵蚀。接触角分析和热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)结果发现,菌株G-11处理后的PUR塑料的亲水性增强,热稳定性下降,该结果与减重和扫描电镜结果相一致。结果表明,分离自垃圾填埋场的菌株G-11在废弃PUR类塑料生物降解方面具有一定的应用潜力。     

PET塑料废弃物及微塑料生物降解与转化的研究现状与展望

塑料工业的发展在给人类社会带来方便的同时,也导致大量的废旧塑料垃圾不断产生,给全球生态系统带来了严重的负担.我国是塑料生产和消费大国,在塑料的研究和治理等方面都面临空前的国际舆论压力,近年来,我国相继推出一系列限塑禁塑政策,发展高效塑料降解策略已成为生态、环境、能源等领域发展的迫切需求.聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是...     

聚乳酸的生物降解

聚乳酸(polylactic acid, PLA)因其良好的理化性能、生物相容性和生物降解性而备受关注，已被认为是石油基塑料最具潜力的替代者，但在实际应用中仍然存在降解缓慢循环周期长的问题，因此对PLA的生物降解深入研究对于解决塑料垃圾污染和缓解能源危机至关重要。近年来，有关微生物(放线菌、细菌和真菌)和酶(蛋白酶、脂肪酶、酯酶和角质酶)降解PLA的研究已经取得了一定的进展。本文从降解微生物、降解酶和降解机制等方面综述了PLA生物降解的研究进展，并展望了PLA生物降解研究未来的发展趋势。     

评论：塑料结合模块促进聚对苯二甲酸乙二醇酯的酶法降解

塑料的大量生产和无节制的使用已造成严重的环境污染。为了减少塑料废物对环境的影响,近年来塑料酶法降解已成为国内外研究者关注的热点。例如,通过蛋白质工程策略提高塑料降解酶催化活性和热稳定性,进一步提高酶法降解的效率。另外,通过融合酶策略将塑料结合模块与塑料降解酶融合,也可以促进塑料降解。近期发表在期刊Chem Catalysis的一项研究表明,采用碳水化合物结合模块融合策略可以在低浓度(<10 wt%)的底物聚对苯二甲酸乙二醇酯[poly(ethylene terephthalate),PET]中提高塑料降解酶的活性。但是在高浓度底物(10 wt%−20 wt%)中,该策略无法提高PET的酶法降解。该项研究对于采用塑料结合模块促进酶法降解塑料具有重要的指导意义。     

聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯塑料地膜高效降解菌群筛选及其群落结构演替特征

【背景】以聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)为主要成分的塑料地膜虽然是生物可降解的地膜,但是关于该塑料地膜降解的微生物菌群研究却较少。【目的】拟从不同环境样品中筛选可降解PBAT塑料地膜的微生物菌群。通过对其多次富集的菌群群落结构演替进行分析,明晰可降解PBAT塑料地膜的核心微生物。【方法】利用改良的SM无机盐培养基从不同环境样品中筛选可降解PBAT塑料地膜的微生物菌群;利用失重法测定菌群对PBAT塑料地膜降解的效率;利用16SrRNA基因高通量测序技术对其第5批次(G5)至第9批次(G9)富集的降解菌群的群落结构进行深入探讨;通过Pearson相关性分析方法对菌群不同菌属相对丰度变化和PBAT塑料地膜降解时间进行解析。【结果】从广州金发堆肥厂的堆肥样品中筛选到可完全降解PBAT塑料地膜的菌群,编号为SX。通过连续不断的转接富集,菌群SX对PBAT塑料地膜的降解速率显著提升。16SrRNA基因高通量测序结果显示第5批次(G5)至第9批次(G9)富集的PBAT塑料地膜降解菌群,厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度逐渐下降,而放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度逐渐上升。硫磺色节杆菌(Arthrobactersulfureus)、红螺菌科(Rhodospirillaceae)和噬几丁质菌科(Chitinophagaceae)在随着转接富集过程中相对丰度逐渐升高而芽孢杆菌(Bacillussp.)的相对丰度显著降低。通过统计分析发现硫磺色节杆菌(Arthrobacter sulfureus)相对丰度升高与PBAT塑料地膜降解时间缩短显著相关(r=–0.927,P0.05)。【结论】筛选到PBAT塑料地膜高效降解菌群SX。通过连续不断的转接富集,菌群SX对PBAT塑料地膜的降解时间由28 d (第5批次,G5)降低到13 d (第9批次,G9)。通过对菌群群落结构的研究,发现随着菌群降解效率的提高,硫磺色节杆菌的所占相对丰度显著增加,说明其可能在PBAT塑料降解中发挥着关键作用。本研究为PBAT塑料地膜的降解提供了绿色高效环保的新途径和菌株资源,并为PBAT塑料地膜降解的机制研究奠定了基础。     

最新专利文摘

CNl01082003：环保生物柴油及其制备方法;CN200974078：有机质介入法生活垃圾生态环保发酵降解装置;CNl01028952：节能型水处理活性生物膜;CNl01041782：共溶剂条件下超临界流体制备生物柴油的方法;CNl803984：利用河泥制取生物柴油的工艺方法     

厨余垃圾厌氧消化合成高附加值化学品的研究进展

厨余垃圾在生活垃圾中占比巨大,已对食品安全、自然资源可持续利用和环境造成了不利影响,故亟须实现厨余垃圾的有效处理及利用。目前处理厨余垃圾最常用的方式主要包括填埋与焚烧,但存在易产生二次污染、耗能大等问题,阻碍了其大规模应用。厨余垃圾具有有机质含量高的特性,通过生物炼制合成高附加值化学品(如有机酸等),不仅可实现产品的清洁生产,也可提高厨余垃圾的经济价值。本文首先概括了国内外厨余垃圾的处理现状及处理方法,其中厌氧消化法可清洁生产高附加值产品,展示出巨大的研究潜力。因此,对厌氧消化厨余垃圾合成化学品进展进行详细综述,最后对构建人工混菌培养体系和生物膜调控在厨余垃圾生物制造领域的应用提出了展望。     

城市生活垃圾的危害与处理方法浅析

随着城市生活垃圾产生量不断增长,其对环境的危害逐步扩大。城市生活垃圾在收集、运输、处置过程中垃圾所含有的和产生的有害成分会对大气、土壤、水体造成污染。解决垃圾问题的目标是使垃圾减容、减量、资源化、能源化和无害化。目前在我国乃至世界范围内广泛使用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、焚烧和堆肥三种。     

聚乙烯塑料的微生物降解

聚乙烯(polyethylene,PE)是产量最大的通用塑料之一,通常被加工成一次性包装材料(包括塑料袋及容器)和农用薄膜等。PE塑料的广泛应用导致大量PE废弃物的累积,对生态环境造成严重的威胁。自20世纪70年代以来,一些研究陆续报道了PE塑料被微生物降解的现象,并从土壤、海洋、垃圾堆置点及昆虫肠道等生境中分离筛选到了若干种具有一定PE塑料降解能力的菌株,而且发现一些单加氧酶、过氧化物酶和漆酶等氧化还原酶对PE塑料具有氧化降解能力。这些研究为发展PE塑料废弃物生物降解处理技术提供了一定的依据。本文总结和分析了PE塑料降解微生物的分离和筛选方法,以及已报道的PE塑料降解微生物和降解酶的研究进展,以期为进一步研究PE塑料的微生物降解机理和处理技术提供参考。     

聚乳酸塑料合成、生物降解及其废弃物处置的研究进展

随着国内外禁塑令和限塑令的升级,以聚乳酸(polylactic acid, PLA)为代表的生物基塑料成为传统石油基塑料市场的主要替代品,备受产业界的青睐。然而,公众对生物基塑料的认识仍存在诸多误解。事实上,生物基塑料的降解需要在特定条件下才能实现,泄入到自然环境中同样难以降解,会对人体、生物多样性和生态系统功能造成危害,这与传统石油基塑料相似。近年来,随着我国PLA产能和市场规模不断的提高,亟需进一步加强对PLA等生物基塑料降解性能的认识,挖掘PLA生物降解资源,关注和研究生物基塑料回收处理模式。基于上述背景,本文首先介绍了PLA塑料的性质及合成方式,以及PLA塑料的产业化与市场规模;其次,对目前聚乳酸塑料微生物与酶法降解的研究进展进行了综述,并对其生物降解机制进行了探讨;最后,提出了微生物原位处理和酶法闭环回收两种聚乳酸塑料废弃物生物处置方法,并对PLA生物基塑料的发展前景和趋势进行了展望。     

研发动态

生物分解塑料技术列入国家科技支撑计划全生物分解塑料的产业化关键技术目前列为“十一五”国家科技支撑计划重点项目,国家将拨款3000万元支持相关科研单位重点开发该技术。生物分解塑料是以生物质为原料,采用生物技术生产的树脂,是能完全降解成二氧化碳和水的一类量大面广的新型环保基础原材料,它可代替石油基塑料,从而减少对石油资源的依赖。此次国家重点支持的全生物分解塑料的产业化关键技术开发项目,将主要完成万吨级二氧化碳基塑料工业生产、万吨级聚乳酸工业生产、千吨级聚羟基烷酸酯的工业化、万吨级魔芋葡苷聚糖生产和应用、食品包…     

不可降解塑料的全细胞催化降解及升级再造

石油基塑料产量大、应用广,常见的种类有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚烯烃类塑料以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯等聚酯类塑料。这些合成塑料分子量大、疏水性高,难以在自然环境中降解,因此大部分也被称作“不可降解塑料”。塑料的生物降解具有条件温和、应用潜力巨大的特点,塑料降解微生物和酶资源的挖掘以及新技术的开发方兴未艾,其中,基于全细胞催化降解与开环式升级再造技术受到越来越多的关注。本文介绍了国内外不可降解塑料全细胞催化转化技术的研究进展,阐述了对塑料废弃物天然全细胞降解体系和人工全细胞降解方法的开发情况,进而以聚对苯二甲酸乙二醇酯为例,探讨了塑料开环升级再造的技术策略,最后对塑料生物降解技术的研发方向和重点进行了讨论和展望。本文将为进一步开展塑料生物降解研究,挖掘塑料降解微生物资源,构建新型人工全细胞催化体系,最终实现不可降解塑料的高效降解和升级再造提供借鉴。     

塑料的降解与可降解塑料——聚羟基脂肪酸酯的合成

近年来,塑料污染的问题始终困扰着人类社会。为了解决不可回收的塑料带来的环境问题,“降塑再造”的理念被提出。“降塑再造”主要包括塑料的降解和塑料的再生。而再生成为可降解的聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)则是实现塑料内循环的一种方式。PHA是一种可由多种微生物合成的生物聚酯,以其特有的生物相容性和可降解性以及热加工性能而被大家所关注。同时利用PHA的多样化的单体组成、加工技术和改性方法,可以进一步改善PHA的性能,产生类型多样、性能各异的PHA材料,也可以创造平衡耐久性和生物降解性的新产品,这些特性使PHA有望成为传统塑料的替代品之一。利用极端微生物进行生产的“下一代工业技术(next-generation industrial biotechnology,NGIB)”可以增加PHA的市场竞争力,为国家碳中和目标顺利实施提供参考。本文综述了各类塑料降解并生产PHA的可能性、PHA材料的基础材料属性、加工和改性方法及获得的新材料、新技术和独特的材料性质。     

基于啮食泡沫塑料黄粉虫肠道菌群中聚苯乙烯生物降解的探究

【背景】石油基塑料垃圾污染具有高度的化学惰性而不易分解,严重威胁着生态和海洋环境,筛选其高效降解菌并利用生物法治理塑料污染具有重要意义。【目的】聚苯乙烯是其中一种不能降解且用途广泛的塑料。近期有研究报道黄粉虫幼虫可啮食聚苯乙烯泡沫塑料。本文以啮食聚苯乙烯白色泡沫塑料的黄粉虫幼虫为研究材料,以期从肠道菌群中分离聚苯乙烯降解菌。【方法】分别以聚苯乙烯泡沫塑料与麦麸(对照组)为唯一食物来源饲喂黄粉虫幼虫,经过60 d的驯化,采用多种培养基对幼虫肠道提取液及虫体粪便排泄物进行分离、培养;通过形态学特征观察、扫描电镜与16S rRNA基因、ITS序列分析扩增、测定,根据序列信息构建系统进化树确定菌株的分类地位;将真菌菌种分别接种于加有PS膜片与颗粒的液体培养基中振荡培养,对膜片的力学性能变化进行测定,并对聚苯乙烯颗粒失重率进行计算。【结果】从幼虫粪便中分离的2株好氧菌分别被鉴定为Bacillus anthracis Ames PSI-1和Enterobacter cloacae PSI-2,从肠道中分离的真菌被鉴定为Aspergillus niger KHJ-1;电镜检测PS膜片表面出现大量孔洞,并且膜片疏水性减弱而亲水性增强,膜片的断裂伸长率与拉伸强度等力学性能也显著下降;真菌KHJ-1对PS颗粒的60 d降解测定中,发现PS颗粒由5 g原始重量减少了214.8 mg,失重率为4.29%。【结论】黄粉虫肠道中存在可以降解聚苯乙烯塑料的菌株,具有开发为新型降解聚苯乙烯高分子塑料的潜力。     

生物可降解塑料在不同环境条件下的降解研究进展北大核心CSCD

当前社会塑料制品的使用需求持续增加,塑料垃圾处理压力不断增大,减缓塑料污染成为当务之急,生物可降解塑料因可在一定生物活性环境下较快降解而备受关注,具有广阔的应用前景。生物可降解塑料降解条件复杂,影响因素众多,对不同生物可降解塑料降解规律,降解微生物和功能酶的透彻掌握,是实现其全面利用和高效资源化处理处置的基础和前提。文章系统梳理了常见生物可降解塑料的种类、性能、优缺点和主要用途,全面综述了生物可降解塑料的降解机理、降解微生物和功能酶,以及生物可降解塑料在不同环境条件下的降解周期和程度,以期为生物可降解塑料的微生物降解研究提供借鉴,为生物可降解塑料废弃物的高效处理处置和彻底降解提供科学参考。