在一項新研究中，德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種有效的方法，可以利用剩余污泥制造可生物降解的塑料。

研究人員報告說，在紅樹林中發(fā)現(xiàn)的細菌Zobellella denitrificans ZD1可以消耗污泥和廢水來生產(chǎn)聚羥基丁酸酯，聚羥基丁酸酯是一種可以代替石油基塑料的生物聚合物。

研究人員說，除減輕垃圾填埋場和環(huán)境的負(fù)擔(dān)外，Zobellella denitrificans ZD1還提供了一種降低生物塑料生產(chǎn)上游成本的方法，這是使其價格比普通塑料更具競爭力的一步。

“原料的價格，培育生物聚合物生產(chǎn)菌占制造生物塑料的總生產(chǎn)成本的25-45％。當(dāng)然，如果我們能夠利用更便宜且易于獲得的替代資源，則可以大大降低成本。”扎克里土木與環(huán)境工程系教授Kung-Hui（Bella）Chu說。“我們已經(jīng)證明了使用市政廢水活化污泥以及農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖工業(yè)廢水制造可降解塑料的潛在方法。此外，細菌菌株不需要復(fù)雜的滅菌過程來防止來自其他微生物的污染，從而進一步降低了生物塑料的運行和生產(chǎn)成本。”

聚羥基丁酸酯是一種新興的生物塑料，當(dāng)幾種細菌在環(huán)境中遇到營養(yǎng)失衡時，就會產(chǎn)生這種物質(zhì)。這種聚合物可作為細菌的補充能量儲備，就像動物體內(nèi)的脂肪沉積一樣。大量的碳源以及氮，磷或氧的消耗會導(dǎo)致細菌不穩(wěn)定地消耗其碳源，并產(chǎn)生多羥基丁酸酯作為脅迫響應(yīng)。
可以迫使細菌制造多羥基丁酸酯的一種這樣的培養(yǎng)基是粗甘油，它是生物柴油生產(chǎn)的副產(chǎn)品。粗甘油富含碳，并且沒有氮，使其成為制備生物塑料的合適原料。但是，粗甘油含有雜質(zhì)，例如脂肪酸，鹽和甲醇，它們會阻止細菌生長。與粗甘油一樣，廢水中的污泥也具有許多相同的脂肪酸和鹽。Chu說，這些脂肪酸對細菌生長的影響以及因此對多羥基丁酸酯生產(chǎn)的影響尚未得到研究。
“產(chǎn)生多羥基丁酸酯的細菌種類繁多，但只有少數(shù)能在高鹽環(huán)境中生存，而從純甘油生產(chǎn)多羥基丁酸酯的菌株中則更少。，” Chu說。“我們研究了這些耐鹽菌株是否也可以在粗甘油和廢水中生長。”

對于他們的研究，Chu和她的團隊選擇了Zobellella denitrificans ZD1，其自然棲息地是紅樹林的咸水。然后他們測試了這種細菌的生長以及在純甘油中產(chǎn)生多羥基丁酸酯的能力。研究人員還用已知的多羥基丁酸酯生產(chǎn)者的其他細菌菌株重復(fù)了相同的實驗。他們發(fā)現(xiàn)反硝化桿菌DZ1能夠在純甘油中壯成長，并產(chǎn)生與其水量成正比的最大量的多羥基丁酸酯，而無水。
接下來，研究小組測試了反硝化細菌ZD1的生長及其在含鹽和脂肪酸的甘油中生產(chǎn)多羥基丁酸酯的能力。他們發(fā)現(xiàn)，即使在這些條件下，即使在平衡的營養(yǎng)條件下，它也能有效地生產(chǎn)聚羥基丁酸酯。當(dāng)他們在高強度合成廢水和廢水活化污泥的樣品中重復(fù)實驗時，他們發(fā)現(xiàn)細菌仍然能夠制造聚羥基丁酸酯，盡管數(shù)量要少于粗甘油中的數(shù)量。

Chu指出，通過利用反硝化桿菌ZD1在鹽環(huán)境中的耐受性，可以避免在與其他細菌菌株協(xié)同工作時通常需要的昂貴滅菌過程。“Zobellella denitrificans ZD1對鹽度的天然偏愛是極好的，因為我們可以根據(jù)需要通過添加普通鹽來調(diào)整廢物的化學(xué)成分。這種環(huán)境對其他菌株來說是有毒的。” “因此，我們提供了一種低成本，可持續(xù)的方法來制造生物塑料，并提供了另一種方法來重新利用成本高昂的生物廢物。”

資料來源：中塑在線、德克薩斯農(nóng)工大學(xué)

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