■本报记者 张晴丹

饮料瓶、废旧涤纶、塑料袋、外卖盒……生活中的塑料垃圾随处可见，其泛滥导致的白色污染是21世纪最严峻的环境挑战之一，对生态环境和人体健康都产生了不利影响。

近几年，研究酶制剂已30多年的天津大学酶工程与技术课题组聚焦白色污染问题，开展了塑料降解酶的相关研究。

在课题组负责人、天津大学化工学院教授齐崴和团队核心成员、副教授尤生萍的带领下，研究人员开发了一套聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）酶解回收新工艺，既高效节能，又经济环保。近日，相关成果发表于《生物资源技术》。

塑料急需安全环保的降解方式

白色污染有多严重？联合国公布的数据显示，全球每年产生的塑料废弃物超过2亿吨，但只有一成被回收。而且，塑料垃圾正以极快的速度污染全球，就连最深的马里亚纳海沟和最高的珠穆朗玛峰都不能幸免。

很多人认为塑料垃圾不会对人类产生影响，但2022年《整体环境科学》发表的一篇论文报道了首次在活人的肺部深处发现微塑料污染堆积。这些微塑料颗粒是用于生产塑料包装和吸管的聚丙烯（PP），以及常用于制造瓶子的PET。

同年3月发表于《国际环境》的另一项研究证实，人体血液已受到微塑料污染。研究人员首次在人体血液中检测到微塑料颗粒，这些颗粒可能被血液输送到全身。

解决白色污染问题已迫在眉睫。但传统的解决办法并不理想，比如填埋后难分解、易造成土地二次污染，而焚烧又会产生大量有毒有害气体。采用化学试剂降解，则可能会引入新的污染物。

大约5年前，天津大学酶工程与技术课题组开始尝试在生物酶制剂与塑料降解之间寻找一个契合点。

“我们的主要目标是研发出降解白色污染物的生物催化剂，以及配套的低成本处理工艺。在降解塑料的同时最大限度减少其他新生有害物的引入，这一点非常关键。”论文通讯作者齐崴在接受《中国科学报》采访时表示。

废弃物再利用，产生需要的酶

“很多生物反应体系都有大量盐类产生，我们也在思考能不能把这些盐类副产物利用起来，把盐分当作一种原料，特异性地制备出一些菌种‘为我所用’。”齐崴说。

在开启这项课题后，课题组多位研究生开展了从酶制剂研发到工艺优化，再到装置化运行的链条性攻关。

“按照原设计方案，我们把PET酶基因序列构建至底盘细胞，但发现做出来的重组菌并没有表达出目的酶。在这个过程中，我们尝试了很多种方法，后来虽然有蛋白表达，但表达量很低，而且还出现了蛋白聚集的问题。”论文共同第一作者尤生萍在接受《中国科学报》采访时说。

经过长时间科研攻关，团队终于构建出一株低成本高效表达PET酶的工程菌——嗜盐需钠弧菌。与大肠杆菌相比，其酶蛋白表达水平增加了87.3%。该嗜盐菌可以在高盐环境中快速繁殖生长，同时表达出理想的催化剂酶。利用这个酶，就可以降解塑料了。

“这套全新简化工艺中的发酵环节既可以用我们工艺里产生的钠盐作为原料，也可以直接用海水发酵制备，一定程度上解决了以往PET生物降解过程中水消耗量大的问题。”尤生萍说。

这种通用性的创新解决方案为相关生物催化工艺的开发提供了借鉴和启发。

全新简化工艺，成本降低47.9%

这项新技术着眼于从产业化的角度进行设计，将整个工艺流程打通。

“我们在获得实验室数据的同时，也在天津大学滨海工业研究院生物制造领域产业化中试基地进行工艺放大开发，这能让企业更信任我们的技术。”齐崴介绍，该中试基地由课题组自建，配有多套吨级全自动发酵系统、中试反应釜和中试产品纯化系统，为相关工艺和产品的开发提供了必要支撑。

要实现技术的产业化应用，就必须考虑能耗和成本问题。

传统发酵工艺需要灭菌过程，在121摄氏度、一个大气压的条件下进行20分钟的灭菌处理，这个过程能耗很大。

“由于我们获得的嗜盐菌在高含量钠盐环境中快速生长，因此能够同步抑制杂菌的繁殖，使开发的工艺省去了灭菌过程，能耗总量降低了71.2%。另外，实验室阶段的评估数据显示，由于副产物盐分的高效利用以及蛋白表达量的大幅提升，发酵产酶的成本降低了47.9%。”尤生萍说。

“接下来，我们会继续提升酶的性能，与企业合作完善全流程工艺，进一步放大生产，为更大规模的工业制备做好准备。”齐崴表示。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129913