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酶在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)分解PET塑料
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五月 18， 2022
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酶在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)分解PET塑料
酶在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)分解PET塑料
Christian Sonnendecker博士和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種酶，可以以創(chuàng)紀(jì)錄的速度分解PET塑料。圖片來(lái)源：萊比錫大學(xué)/Swen Reichhold
塑料瓶、塑料瓶、包裝紙——由PET塑料制成的輕質(zhì)包裝如果不回收利用，就會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。萊比錫大學(xué)的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種高效的酶，可以在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)降解PET。研究人員在萊比錫的堆肥堆中發(fā)現(xiàn)的酶PHL7可以使生物PET回收比以前想象的要快得多。該研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在科學(xué)期刊ChemSusChem上，并被選為封面主題。
酶在自然界中使用一種方式是細(xì)菌分解植物部位。一段時(shí)間以來(lái)，人們已經(jīng)知道一些酶，即所謂的聚酯裂解水解酶，也可以降解PET。例如，2012年在日本發(fā)現(xiàn)的酶LCC被認(rèn)為是一種特別有效的“塑料食者”。由萊比錫大學(xué)早期職業(yè)研究員Christian Sonnendecker博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在尋找以前未被發(fā)現(xiàn)的這些生物助手的例子，作為歐盟資助的項(xiàng)目MIPLACE和ENZYCLE的一部分。他們?cè)谌R比錫的墓地Südfriedhof找到了他們想要的東西：在堆肥堆的樣本中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種酶的藍(lán)圖，這種酶在實(shí)驗(yàn)室中以創(chuàng)紀(jì)錄的速度分解PET。
分析化學(xué)研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)并研究了七種不同的酶。第七位候選人稱為PHL7，在實(shí)驗(yàn)室中取得了明顯高于平均水平的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員將PET添加到含有PHL7或LCC的水溶液的容器中，PHL7或LCC是PET分解的先前領(lǐng)導(dǎo)者。然后，他們測(cè)量了在給定時(shí)間段內(nèi)降解的塑料量，并將這些值相互比較。
結(jié)果：在16小時(shí)內(nèi)，PHL7使PET分解90%;與此同時(shí)，LCC的退化率僅為45%。“因此，我們的酶的活性是聚酯裂解水解酶中黃金標(biāo)準(zhǔn)的兩倍，”Sonnendecker解釋說(shuō)。例如，PHL7在不到24小時(shí)內(nèi)分解了一個(gè)塑料小船 – 用于在超市銷售葡萄的那種。研究人員發(fā)現(xiàn)，酶中的單個(gè)構(gòu)建塊負(fù)責(zé)這種高于平均水平的活性。在其他先前已知的聚酯裂解水解酶含有苯丙氨酸殘基的部位，PHL7攜帶亮氨酸。
與傳統(tǒng)的回收方法相比，生物PET回收具有一些優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)回收方法主要依賴于塑料廢物在高溫下熔化的熱過(guò)程。這些過(guò)程是高度能源密集型的，塑料的質(zhì)量隨著每個(gè)回收周期而降低。另一方面，酶只需要水性環(huán)境和65至70攝氏度的溫度即可工作。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們將PET分解成其成分對(duì)苯二甲酸和乙二醇，然后可以重復(fù)使用以生產(chǎn)新的PET，從而實(shí)現(xiàn)閉合循環(huán)。然而，到目前為止，生物PET回收僅由法國(guó)的一家試點(diǎn)工廠進(jìn)行了測(cè)試。
“在萊比錫發(fā)現(xiàn)的酶可以為建立替代節(jié)能塑料回收工藝做出重要貢獻(xiàn)，”Wolfgang Zimmermann教授說(shuō)，他在萊比錫大學(xué)建立酶基技術(shù)的研究活動(dòng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用?！坝捎谌蛩芰蠌U物對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)造成了巨大的問(wèn)題，因此在可持續(xù)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)中尋找環(huán)保的塑料再利用方法變得越來(lái)越重要?，F(xiàn)在在萊比錫開發(fā)的生物催化劑已被證明在快速分解用過(guò)的PET食品包裝方面非常有效，并且適用于環(huán)保的回收工藝，其中可以從分解產(chǎn)物中生產(chǎn)出新塑料。
來(lái)自萊比錫的研究人員希望新發(fā)現(xiàn)的酶PHL7能夠在實(shí)踐中推進(jìn)生物回收，并為此尋找工業(yè)合作伙伴。他們相信，更高的速度將大大降低回收成本。在接下來(lái)的兩到三年里，他們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)原型，使快速生物回收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益更精確地量化成為可能。
分析化學(xué)研究所J?rg Matysik教授團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家也希望使用NMR光譜學(xué)闡明酶的結(jié)構(gòu)和功能。他們還在研究一種新的預(yù)處理方法，以解決生物回收中的一個(gè)問(wèn)題：到目前為止，酶分解的PET僅適用于所謂的無(wú)定形PET，它用于水果包裝等東西，但不適用于由具有較高結(jié)晶度的PET制成的塑料瓶。
