一個被丟進垃圾掩埋場的塑膠容器可能要花數百年才能夠自然地分解,但是一種新發現的酵素可能可以在一天內把廢棄物吃完。

分解效率極高

這個高度有效率的聚酯水解酶(polyester hydrolase)稱作 PHL7,最近在一德國的墳場中被發現,當時它們正在咀嚼堆肥。

PHL7 並不是第一個被科學家發現的「塑膠吞食者」,但是卻是最快的。在 2016 年,一種會吞噬 PET 的酵素 LLC,在日本的一回收廠被發現。自從那幾年以來,它就被譽為是黃金標準的塑料吞噬者。不過,最新發現的 PHL7 在吞噬方面快上了兩倍。

在實驗室中,研究人員發現它能夠在 16 小時內,分解聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)達到 90%。

自從 2016 年,LLC 酵素已被科學家們所調整,而創造出了比其自然型態更嘴饞的突變種。但是,這個合成版本還有得從 PHL7 上學習一到兩種事。

適用範圍

德國萊比錫大學(Leipzig University)的微生物學家沃夫岡·齊默爾曼教授(Wolfgang Zimmermann)說:「在萊比錫發現的酵素可以達到重要的貢獻,建立替代的節能塑膠回收程序。這個在萊比錫研發中的生物催化劑已顯示,在快速分解使用過的 PET 食物包裝上高度有效,且適合用於對環境友善的回收過程。在這回收過程中,新的塑膠能夠從分解產物中製造出來。」

不幸的是,PHL7 及 LCC 都無法完全分解有較高結晶性(更有組織的分子結構)的 PET 塑膠,例如用在某些瓶子中的塑膠。但是,如果餵給 PHL7 由 PET 塑膠所製的水果籃的話,它就可以在 24 小時內將廢棄物給分解掉。

更好的是,這個回收過程的副產物可以被重建回來創造新的塑膠容器。

這對於回收的可能性影響是很大的。每年,全世界生產超過 8200 萬噸的 PET,而只有一小部分被回收來製作新塑膠。即使將塑膠產品被送至回收廠,將其熔化並製造新東西的過程既耗能又昂貴。

造成效率差異原因

另一方面,生物回收可以幫忙創造又便宜又有效率的塑膠循環經濟。在過去幾年,科學家們一直在競賽著,就為了上述目的而研發吞食塑膠的細菌。PHL7 從目前發現的其他候選人中脫穎而出。它快速將 PET 分解的方式,似乎取決於其 DNA 上的單一結構單元。

在其胺基酸序列中的特定一處,PHL7 攜帶著白胺酸(leucine),而其他酵素則是攜帶苯丙氨酸殘基(phenylalanine residue)。在過去,這個位置上的白胺酸,與聚合物結合到酵素上是有關聯的。

當德國研究人員在另一個酵素上,將苯丙氨酸取代為白胺酸時,這個有機體在分解塑膠上變得更為快速。事實上,其效率可與 PHL7 相匹敵。

在實驗室中,相較於 LLC 酵素,PHL7 酵素也能夠與更多聚合物結合。

研究作者寫到:「這些結果顯示,苯丙氨酸取代白胺酸的這件事,可能是造成 PHL7 中,每個殘基結合能變化的一部分原因。」

PHL7 不僅分解快速,而且在其大快朵頤前,也不需要進行任何前置處理。毋須研磨或熔化,它就會吃掉塑膠了。將副產物再一次結合回來的過程也不需仰賴石化產品。

值得努力

研究作者們做結:「因此,藉由採用例如 PHL7 等強大的酵素,我們有可能在低碳足跡且不使用石化產品的閉環製程中,直接回收消費者使用過的熱塑性 PET 包裝,實現重要的 PET 塑膠廢物流的永續回收過程。」

在全世界塑膠污染很嚴重的狀態下,這聽起來是個美夢。萊比錫大學的研究團隊正積極致力於研發原型。

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參考資料:

  1. Cassella, C., (2022, May 19). A New Enzyme Found in Compost Just Set a Speed Record for Breaking Down Plastic. ScienceAlert
  2. Sonnendecker, C. et al., (2021, June 15). Low Carbon Footprint Recycling of Post-Consumer PET Plastic with a Metagenomic Polyester Hydrolase. ChemSusChem. doi.org/10.1002/cssc.202101062
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/a-newly-found-enzyme-sets-a-speed-record-for-breaking-down-plastic(圖:Placebo365/Getty Images)
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