研究人员开发出将食物垃圾转化为可生物降解塑料的方法

纽约州立大学宾汉姆顿大学的研究人员开发出一种将食物垃圾转化为可生物降解塑料的工艺。

据美国农业部统计，美国30%至40%的食物供应最终被浪费。这意味着每年有数十亿磅的食物在垃圾填埋场腐烂，并排放出甲烷和二氧化碳等温室气体。

塑料也在全球范围内堆积如山，瓶子和袋子的分解导致人们越来越担心微塑料进入我们的水源和身体。

想象一下，如果我们食物垃圾中的一小部分可以转化为可生物降解的塑料——这将解决两个问题，并从长远来看使我们的地球更健康。

纽约州立大学宾汉姆顿大学的一个团队正在对这一想法进行开创性研究，他们最近 在《生物资源技术》杂志上发表了一篇论文，  为任何有兴趣扩大这一进程的公司提供了基础性发现。

今年秋季即将获得博士学位的刘天正领导了该项目，并得到了金沙教授和纽约州立大学杰出教授、宾汉姆顿大学托马斯·沃森工程与应用科学学院生物医学工程系主任叶开明的支持。

“《生物资源技术》 是一本高质量的期刊，所以能够迅速发表就证明了这项研究的重要性，”金教授说道。“审稿人评价说：‘这篇论文展现了显著的科学价值、创新性和环境相关性。’”

金第一次对食物浪费产生兴趣是在 2022 年，当时 她获得了纽约州的资助 来研究这个问题。

“我们可以利用食物垃圾作为资源，将其转化为许多工业产品，而可生物降解聚合物只是其中之一，”她说。“我们的目标不仅是让食物垃圾增值，还要降低这种环保聚合物的生产成本。此外，还有其他选择，例如生产生物燃料和生物化学品。”

目前，可生物降解塑料的生产成本较高，因为它依赖于精制糖底物和纯微生物培养物。作为这项研究的一部分，宾厄姆顿团队将  食物垃圾发酵产生的乳酸（作为必需的碳源）和额外的硫酸铵（作为氮源）喂养到钩虫贪铜菌（Cupriavidus necator）。

这种细菌合成聚羟基烷酸酯 (PHA) 塑料，用于储存碳和能量。细菌合成的 PHA 中约 90% 可以被回收利用，制成可生物降解的包装和其他产品。

在加入该项目之前，刘的生物医学经验主要集中在干细胞研究上，因此找到正确比例的正确元素以取得成功被证明是“充满挑战”的。

“将厨余垃圾生物转化为有机酸相对容易。培养产塑料的细菌却很难，因为一开始我并没有利用细菌发酵生产生物聚合物的经验，”他说，“每一步都感觉有些事情与我预想的不一样。”

金感谢索迪斯和宾汉姆顿大学餐饮服务部提供用于实验的食物垃圾。

“我和纽约州立大学的可持续发展官员聊过，得知纽约州立大学不允许填埋食物垃圾——这是学校的政策，”她说。“每个校区都希望解决这个问题。在宾汉姆顿大学，食堂把浪费的食物送给农民喂养牲畜。我想或许我们可以尝试将这些食物垃圾直接转化为可生物降解的塑料。关于这个想法的可行性，研究出版物上的信息很少，所以我们觉得这或许是我们可以努力弥补的差距。”

宾厄姆顿团队解答了几个对食物转化为塑料至关重要的问题。例如，食物垃圾可以储存至少一周，而不会对生物转化过程产生任何不利影响，这为工业规模的收集提供了灵活性。该团队还确定了生物转化是否依赖于特定的食物类型，以及如何处理收集中心收到的不同种类的垃圾。

“我们发现，只要将不同类型的食物以相同的比例混合在一起，这个过程就非常稳定，”金说。“我们控制发酵过程中的温度和pH值，这些条件会促进有机酸生成细菌的生长。”

她甚至计划利用发酵过程中剩下的固体残留物。这些残留物看起来像糊状物，团队正在将其开发成有机肥料，以取代标准的化学肥料。

下一步，金希望扩大该工艺的规模，以确保其在塑料产量不断扩大的情况下继续保持预期的性能。这意味着需要寻求更多资助或与工业合作伙伴合作。