人們每天都會製造大量的塑膠垃圾,其中有被公認難以降解的聚乙烯(PE)塑膠。不過西班牙的科學家們發現,大蠟蛾幼蟲的唾液能夠在數小時內,快速氧化和降解聚乙烯(PE)塑膠,為處理塑膠垃圾帶來福音。

西班牙研究委員會(CSIC)的生物調查中心研究人員、西班牙坎塔布里亞(University of Cantabria)大學費德里卡·貝托奇尼(Federica Bertocchini)博士、英國劍橋大學的保羅·邦貝利(Paolo Bombelli)博士和其他科學家一同將成果寫成論文,並在10月4日發表在《自然》雜誌上。

據法新社報道,西班牙的科學家貝托奇尼熱衷於養殖蜜蜂,幾年前在偶然的情況下發現鱗翅目大蠟蛾(Galleria mellonella)幼蟲(蠟蟲)不僅會啃食蜂巢中的蠟壁,還有一項不尋常的能力。

當時,她為了方便將這些幼蟲分開,將牠們放置到聚乙烯膠袋一段時間。隨後發現膠袋破了幾個洞,她不知道這些洞是幼蟲咬出來的,還是其他原因造成的。經過多次實驗發現,這項不尋常能力是大蠟蛾的唾液造成的。

該論文中提到,它們的唾液(GmSal)能夠在一般環境下,數小時內就氧化和降解聚乙烯塑膠,使其變成更小分子。在正常環境曝曬和風化下,聚乙烯膜要發生這樣的產生,則需要數月的時間。

聚乙烯塑膠是全球生產量最多且最堅固的聚烯烴衍生塑膠之一。因其穩定且不易降解的特性,過往大多是通過化學、熱輻射和機械的方法降解後進行回收再利用,但在降解過程往往容易產生有毒氣體和廢棄物,因此生物降解成為一項有前途的策略。

科學家們為了了解GmSal在空氣中暴露的時間是否與聚乙烯降解增加有關。他們每天進行4次實驗,均使用100 µL GmSal在室溫下對聚乙烯進行降解90分鐘,一共連續實驗2天、3天和6天,最終顯示降解的物質有逐漸增加,證明GmSal中的酶具有持續性。

實驗中,他們對GmSal的蛋白質進行分析,發現有200多種蛋白質,包括多種活性酶和其它結構蛋白等。而且其中還有2款少見酶,均可以在室溫(攝氏25度)的情況下降解聚乙烯。因此對它們命名為PEases(聚乙烯降解酶)。

他們透過氣相色質譜儀(GC-MS)鑑定GmSal降解聚乙烯之後的產物,發現產物中,有一項是小的氧化脂肪鏈,這進一步證實聚乙烯被裂解成更小的分子產物。

同時,他們用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)檢測降解過的聚乙烯。結果顯示,該物質含氧元素,證明聚乙烯與GmSal接觸時形成了聚乙烯聚合物鏈以外的氧化物分子,正常情況下聚乙烯只含有碳和氫元素,不含氧元素。

另外,他們對同樣為鱗翅目的珍珠蠶蛾(Samia cynthia)幼蟲進行對照實驗,將幼蟲的唾液塗在聚乙烯膜上,但唾液並未對其產生氧化作用,這證明大蠟蛾幼蟲確實含有特殊酶,能夠降解聚乙烯。

這次的發現可謂是一項大突破,因為GmSal的酶是目前已知最快能夠對聚乙烯化學改性的生物製劑。過往研究發現的幾種細菌和真菌能降解聚乙烯,但需要預先透過加熱、紫外線照射和加入氧氣進去其中才能反應,且降解過程需要耗費好幾個月。

另外,生物酶的好處是可以透過生物回收或升級再循環的方式,重複降解這些塑膠垃圾,最後再由生態中的生物進行最後降解,以便回歸自然。

貝托奇尼對法新社表示,「我們設想的是,可以將這些酶用於水溶液中,並將溶液傾倒在垃圾處理廠的塑膠垃圾上,或者在沒有廢棄物處理廠的村莊或小島上使用。」

她補充說,也許這種溶液在未來能家用,讓每個人都能降解自己的塑膠廢棄物。@

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