紅樹林中發現生產PHB的細菌！可大幅降低生產成本

生物降解材料研究院報導，美國德州農工大學的研究人員提出了一種利用汙泥來製造可生物降解塑料的方法，研究成果發表在《美國化學會ACS Omega》雜誌上，研究人員發現紅樹林中的脫氮佐貝拉細菌（Zobellella denitrificans ZD1）可以通過消耗汙泥和廢水來生產聚羥基丁酸酯（PHB）。

它是一種聚羥基脂肪酸酯（PHA），一種聚酯類聚合物，可以用來代替石油基塑料。為生物塑料製造提供了一種降低上遊成本的方法，這是使生物塑料價格與普通塑料相比更具競爭力的重要一步。

反硝化桿菌（Zobellella denitrificans）ZD1細菌以汙泥為食（均顯示在試管中）

「培養細菌的原材料價格佔製造生物塑料總生產成本的25-45％。當然，如果我們能夠利用更便宜且容易獲得的替代資源，則可以大大降低成本。」扎克裡土木與環境工程系教授Kung-Hui (Bella) Chu說。「我們已經證明了用市政廢水活化汙泥以及農業和水產養殖工業廢水製造可生物降解塑料的潛在方法。此外，細菌菌株不需要複雜的滅菌過程來防止其他微生物的汙染，從而進一步減少了操作和生物塑料的生產成本。」

聚羥基丁酸酯（PHB）是一種新型的生物塑料，當幾種細菌在環境中營養失衡時，就會產生這種物質。這種聚合物可作為細菌的能量儲備，類似於動物體內的脂肪沉積。特別是大量的碳源和氮，磷或氧的消耗，會導致細菌不規律地消耗其碳源，並產生聚羥基丁酸酯（PHB）作為應激反應。

這種可以迫使細菌生產出聚羥基丁酸酯（PHB）的培養基是粗甘油，它是生物柴油生產的副產品。 粗甘油富含碳，並且沒有氮，這也讓它成為製備生物塑料的合適原料。但是，粗甘油含有雜質，例如脂肪酸，鹽和甲醇，它們會阻止細菌生長。與粗甘油一樣，廢水中的汙泥也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，以及由此對聚羥基丁酸酯（PHB）產量的影響尚待研究。

Chu說：「有多種細菌可以製造聚羥基丁酸酯（PHB），但是只有少數能夠在高鹽環境中生存，而在少數的倖存下來的菌株中，又有更少的菌株是可以通過純甘油生產出聚羥基丁酸酯（PHB）。我們通過觀察，研究這些耐鹽細菌是否也可以生長在粗甘油和廢水中。」

在這個研究中，Chu和她的團隊選擇了生活在紅樹林的鹹水裡的Zobellella denitrificans ZD1。然後他們測試了這種細菌的生長，以及在純甘油中產生聚羥基丁酸酯（PHB）的能力。研究人員還用聚羥基丁酸酯（PHB）生產商的其他細菌菌株重複了相同的實驗。他們發現脫氮佐貝拉細菌DZ1能夠在純甘油中茁壯成長，並且在不用水的情況下，產生與其重量成比的聚羥基丁酸酯（PHB）。

接下來，研究小組測試了脫氮佐貝拉細菌ZD1在含鹽和脂肪酸的甘油中的生長狀態，以及在這種環境中生產多羥基丁酸酯的能力。他們發現，即使在這種環境中以及平衡的營養條件下，它也能有效地生產聚羥基丁酸酯（PHB）。當他們在高強度合成廢水和廢水活化的汙泥樣品中重複實驗時，他們發現細菌仍然能夠製造聚羥基丁酸酯（PHB），儘管數量要少於粗甘油中的數量。

Chu指出，通過利用脫氮佐貝拉細菌ZD1在含鹽環境中的耐受性，可以避免昂貴的滅菌過程。她說：「脫氮佐貝拉細菌ZD1對鹽分的天然偏愛是極好的，因為如果需要，我們可以通過添加普通鹽來調整廢棄物的化學組成。這種環境對其他細菌菌株有毒。因此，我們提供了一種低成本，可持續的方法來製造生物塑料，並提供了另一種方法來重新利用生物廢物。」

來源：生物降解材料研究院公眾號