酶在创纪录的时间内分解PET塑料

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酶在创纪录的时间内分解PET塑料

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五月 18， 2022

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酶在创纪录的时间内分解PET塑料

作者：Nina Vogt ，莱比锡大学

酶在创纪录的时间内分解PET塑料

Christian Sonnendecker博士和他的团队发现了一种酶，可以以创纪录的速度分解PET塑料。图片来源：莱比锡大学/Swen Reichhold

塑料瓶、塑料瓶、包装纸——由PET塑料制成的轻质包装如果不回收利用，就会成为一个问题。莱比锡大学的科学家现在已经发现了一种高效的酶，可以在创纪录的时间内降解PET。研究人员在莱比锡的堆肥堆中发现的酶PHL7可以使生物PET回收比以前想象的要快得多。该研究结果现已发表在科学期刊ChemSusChem上，并被选为封面主题。

酶在自然界中使用一种方式是细菌分解植物部位。一段时间以来，人们已经知道一些酶，即所谓的聚酯裂解水解酶，也可以降解PET。例如，2012年在日本发现的酶LCC被认为是一种特别有效的“塑料食者”。由莱比锡大学早期职业研究员Christian Sonnendecker博士领导的团队正在寻找以前未被发现的这些生物助手的例子，作为欧盟资助的项目MIPLACE和ENZYCLE的一部分。他们在莱比锡的墓地Südfriedhof找到了他们想要的东西：在堆肥堆的样本中，研究人员发现了一种酶的蓝图，这种酶在实验室中以创纪录的速度分解PET。

分析化学研究所的研究人员发现并研究了七种不同的酶。第七位候选人称为PHL7，在实验室中取得了明显高于平均水平的结果。在实验中，研究人员将PET添加到含有PHL7或LCC的水溶液的容器中，PHL7或LCC是PET分解的先前领导者。然后，他们测量了在给定时间段内降解的塑料量，并将这些值相互比较。

结果：在16小时内，PHL7使PET分解90%;与此同时，LCC的退化率仅为45%。“因此，我们的酶的活性是聚酯裂解水解酶中黄金标准的两倍，”Sonnendecker解释说。例如，PHL7在不到24小时内分解了一个塑料小船 - 用于在超市销售葡萄的那种。研究人员发现，酶中的单个构建块负责这种高于平均水平的活性。在其他先前已知的聚酯裂解水解酶含有苯丙氨酸残基的部位，PHL7携带亮氨酸。

与传统的回收方法相比，生物PET回收具有一些优势，传统回收方法主要依赖于塑料废物在高温下熔化的热过程。这些过程是高度能源密集型的，塑料的质量随着每个回收周期而降低。另一方面，酶只需要水性环境和65至70摄氏度的温度即可工作。另一个优点是，它们将PET分解成其成分对苯二甲酸和乙二醇，然后可以重复使用以生产新的PET，从而实现闭合循环。然而，到目前为止，生物PET回收仅由法国的一家试点工厂进行了测试。

“在莱比锡发现的酶可以为建立替代节能塑料回收工艺做出重要贡献，”Wolfgang Zimmermann教授说，他在莱比锡大学建立酶基技术的研究活动中发挥了关键作用。“由于全球塑料废物对环境造成的负担造成了巨大的问题，因此在可持续的循环经济中寻找环保的塑料再利用方法变得越来越重要。现在在莱比锡开发的生物催化剂已被证明在快速分解用过的PET食品包装方面非常有效，并且适用于环保的回收工艺，其中可以从分解产物中生产出新塑料。

来自莱比锡的研究人员希望新发现的酶PHL7能够在实践中推进生物回收，并为此寻找工业合作伙伴。他们相信，更高的速度将大大降低回收成本。在接下来的两到三年里，他们的目标是创建一个原型，使快速生物回收过程的经济效益更精确地量化成为可能。

分析化学研究所Jörg Matysik教授团队的科学家也希望使用NMR光谱学阐明酶的结构和功能。他们还在研究一种新的预处理方法，以解决生物回收中的一个问题：到目前为止，酶分解的PET仅适用于所谓的无定形PET，它用于水果包装等东西，但不适用于由具有较高结晶度的PET制成的塑料瓶。