重磅發現:蛾幼蟲可降解聚乙烯塑料

2021-02-15 高分子科學前沿

聚乙烯是重要的通用塑料之一，佔塑料產品的40%左右，主要用於包裝材料，其重要性不言而喻。近50多年來，以聚乙烯為代表的塑料產品產量以指數級形式增長，它們的不可降解性也造成了極其嚴重的環境問題。因此，發展高效的生物降解方法對於高分子行業的可持續性發展有著重要的意義。

聚乙烯全碳鏈的化學成分是其難以降解的真正原因，用普通的化學降解方法難以奏效。因此，使用生物降解的方法是一種可行的途徑的。最近，來自英國劍橋大學生物化學系的科學家發現某種蠟蛾幼蟲（Galleria mellonella）可以以較快的速度降解聚乙烯塑料薄膜，並產生乙二醇降解產物，相關研究成果發表在Cell旗下期刊《Current Biology》（影響因子8.9）。

當使用該種蛾幼蟲與聚乙烯塑膠袋相接處後，約40分鐘後即可產生肉眼可見的漏洞。經定量測試，使用100條幼蟲與商業化聚乙烯塑膠袋接觸12小時後會會消耗約92mg聚乙烯。

▲ PE塑膠袋與100條Galleria mellonella幼蟲接觸後的外觀

為了排除在上述現象中昆蟲噬咬本身會破壞塑膠袋，研究者將幼蟲蟲體勻漿液塗在塑膠袋表面，發現接觸14小時可消耗13%的聚乙烯，平均降解速度可達到0.23mg cm-2h-1。該速度明顯高於先前已經報導的對於多種塑料產品的生物降解速率。

研究者使用FTIR對其降解產物進行了表徵。在與對照組聚乙烯樣品相比，經過Galleria mellonella幼蟲勻漿液處理的聚乙烯樣品增加了3350 cm-1處的信號峰，該峰可與乙二醇的特徵峰對應。

▲ 經幼蟲勻漿液處理的PE膜以及對照組PE膜紅外譜圖

此外，對經過處理的PE膜表面同樣進行了AFM表徵。經過幼蟲降解後的PE膜表面明顯更加粗糙，從側面可輔證樣品膜表面的降解。

▲ 經幼蟲勻漿液處理的PE膜以及對照組PE膜AFM圖

該類昆蟲可以降解PE膜與其種屬有關。事實上，這種昆蟲幼蟲在自然界中以蜂蠟為食，成年蛾蟲將卵即產在蜂巢中，在蛹蟲階段之前，它們的食物就是蜂蠟，而蜂蠟中則包含大量的烷烴、烯烴以及酯類物質，蜂蠟化學成分與PE有一定的相似性。

比較遺憾的是，該項研究沒有證明到底是與Galleria mellonella幼蟲相關的微生物還是酶造成了聚乙烯的降解，這也成為了下一步研究的重點。

 

參考文獻：

Bombelli, P.; Howe, C. J.;Bertocchini, F., Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax mothGalleria mellonella. Current Biology 27 (8), R292-R293.

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