摘要：紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種將食物垃圾轉(zhuǎn)化為可生物降解塑料的工藝。
據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，美國30%至40%的食物供應(yīng)最終被浪費。這意味著每年有數(shù)十億磅的食物在垃圾填埋場腐爛，并排放出甲烷和二氧化碳等溫室氣體。
塑料也在全球范圍內(nèi)堆積如山，瓶子和袋子的分解導(dǎo)致人們越來越擔(dān)心微塑料進(jìn)入我們的水源和身體。
想象一下，如果我們食物垃圾中的一小部分可以轉(zhuǎn)化為可生物降解的塑料——這將解決兩個問題，并從長遠(yuǎn)來看使我們的地球更健康。
圖1 全轉(zhuǎn)錄組分析揭示食物廢棄物在環(huán)保聚合物生物轉(zhuǎn)化過程中的碳足跡紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的一個團(tuán)隊正在對這一想法進(jìn)行開創(chuàng)性研究，他們最近在《生物資源技術(shù)》雜志上發(fā)表了一篇論文， 為任何有興趣擴(kuò)大這一進(jìn)程的公司提供了基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)。
今年秋季即將獲得博士學(xué)位的劉天正領(lǐng)導(dǎo)了該項目，并得到了金沙教授和紐約州立大學(xué)杰出教授、賓漢姆頓大學(xué)托馬斯·沃森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系主任葉開明的支持。
“《生物資源技術(shù)》 是一本高質(zhì)量的期刊，所以能夠迅速發(fā)表就證明了這項研究的重要性，”金教授說道。“審稿人評價說：‘這篇論文展現(xiàn)了顯著的科學(xué)價值、創(chuàng)新性和環(huán)境相關(guān)性。’”
金第一次對食物浪費產(chǎn)生興趣是在 2022 年，當(dāng)時她獲得了紐約州的資助 來研究這個問題。
“我們可以利用食物垃圾作為資源，將其轉(zhuǎn)化為許多工業(yè)產(chǎn)品，而可生物降解聚合物只是其中之一，”她說。“我們的目標(biāo)不僅是讓食物垃圾增值，還要降低這種環(huán)保聚合物的生產(chǎn)成本。此外，還有其他選擇，例如生產(chǎn)生物燃料和生物化學(xué)品。”
目前，可生物降解塑料的生產(chǎn)成本較高，因為它依賴于精制糖底物和純微生物培養(yǎng)物。作為這項研究的一部分，賓厄姆頓團(tuán)隊將食物垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸（作為必需的碳源）和額外的硫酸銨（作為氮源）喂養(yǎng)到鉤蟲貪銅菌（Cupriavidus necator）。
圖2 食物廢棄物-有機(jī)酸生物轉(zhuǎn)化過程的穩(wěn)健性
這種細(xì)菌合成聚羥基烷酸酯 (PHA) 塑料，用于儲存碳和能量。細(xì)菌合成的 PHA 中約 90% 可以被回收利用，制成可生物降解的包裝和其他產(chǎn)品。
在加入該項目之前，劉的生物醫(yī)學(xué)經(jīng)驗主要集中在干細(xì)胞研究上，因此找到正確比例的正確元素以取得成功被證明是“充滿挑戰(zhàn)”的。
“將廚余垃圾生物轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸相對容易。培養(yǎng)產(chǎn)塑料的細(xì)菌卻很難，因為一開始我并沒有利用細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)生物聚合物的經(jīng)驗，”他說，“每一步都感覺有些事情與我預(yù)想的不一樣。”
金感謝索迪斯和賓漢姆頓大學(xué)餐飲服務(wù)部提供用于實驗的食物垃圾。
“我和紐約州立大學(xué)的可持續(xù)發(fā)展官員聊過，得知紐約州立大學(xué)不允許填埋食物垃圾——這是學(xué)校的政策，”她說。“每個校區(qū)都希望解決這個問題。在賓漢姆頓大學(xué)，食堂把浪費的食物送給農(nóng)民喂養(yǎng)牲畜。我想或許我們可以嘗試將這些食物垃圾直接轉(zhuǎn)化為可生物降解的塑料。關(guān)于這個想法的可行性，研究出版物上的信息很少，所以我們覺得這或許是我們可以努力彌補(bǔ)的差距。”
賓厄姆頓團(tuán)隊解答了幾個對食物轉(zhuǎn)化為塑料至關(guān)重要的問題。例如，食物垃圾可以儲存至少一周，而不會對生物轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生任何不利影響，這為工業(yè)規(guī)模的收集提供了靈活性。該團(tuán)隊還確定了生物轉(zhuǎn)化是否依賴于特定的食物類型，以及如何處理收集中心收到的不同種類的垃圾。
“我們發(fā)現(xiàn)，只要將不同類型的食物以相同的比例混合在一起，這個過程就非常穩(wěn)定，”金說。“我們控制發(fā)酵過程中的溫度和pH值，這些條件會促進(jìn)有機(jī)酸生成細(xì)菌的生長。”
她甚至計劃利用發(fā)酵過程中剩下的固體殘留物。這些殘留物看起來像糊狀物，團(tuán)隊正在將其開發(fā)成有機(jī)肥料，以取代標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)肥料。
下一步，金希望擴(kuò)大該工藝的規(guī)模，以確保其在塑料產(chǎn)量不斷擴(kuò)大的情況下繼續(xù)保持預(yù)期的性能。這意味著需要尋求更多資助或與工業(yè)合作伙伴合作。
參考資料
[1] Global transcriptomics reveals carbon footprint of food waste in the bioconversion of ecofriendly polymers
摘要：紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種將食物垃圾轉(zhuǎn)化為可生物降解塑料的工藝。
據(jù)美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，美國30%至40%的食物供應(yīng)最終被浪費。這意味著每年有數(shù)十億磅的食物在垃圾填埋場腐爛，并排放出甲烷和二氧化碳等溫室氣體。
塑料也在全球范圍內(nèi)堆積如山，瓶子和袋子的分解導(dǎo)致人們越來越擔(dān)心微塑料進(jìn)入我們的水源和身體。
想象一下，如果我們食物垃圾中的一小部分可以轉(zhuǎn)化為可生物降解的塑料——這將解決兩個問題，并從長遠(yuǎn)來看使我們的地球更健康。
圖1 全轉(zhuǎn)錄組分析揭示食物廢棄物在環(huán)保聚合物生物轉(zhuǎn)化過程中的碳足跡紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的一個團(tuán)隊正在對這一想法進(jìn)行開創(chuàng)性研究，他們最近在《生物資源技術(shù)》雜志上發(fā)表了一篇論文， 為任何有興趣擴(kuò)大這一進(jìn)程的公司提供了基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)。
今年秋季即將獲得博士學(xué)位的劉天正領(lǐng)導(dǎo)了該項目，并得到了金沙教授和紐約州立大學(xué)杰出教授、賓漢姆頓大學(xué)托馬斯·沃森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系主任葉開明的支持。
“《生物資源技術(shù)》 是一本高質(zhì)量的期刊，所以能夠迅速發(fā)表就證明了這項研究的重要性，”金教授說道。“審稿人評價說：‘這篇論文展現(xiàn)了顯著的科學(xué)價值、創(chuàng)新性和環(huán)境相關(guān)性。’”
金第一次對食物浪費產(chǎn)生興趣是在 2022 年，當(dāng)時她獲得了紐約州的資助 來研究這個問題。
“我們可以利用食物垃圾作為資源，將其轉(zhuǎn)化為許多工業(yè)產(chǎn)品，而可生物降解聚合物只是其中之一，”她說。“我們的目標(biāo)不僅是讓食物垃圾增值，還要降低這種環(huán)保聚合物的生產(chǎn)成本。此外，還有其他選擇，例如生產(chǎn)生物燃料和生物化學(xué)品。”
目前，可生物降解塑料的生產(chǎn)成本較高，因為它依賴于精制糖底物和純微生物培養(yǎng)物。作為這項研究的一部分，賓厄姆頓團(tuán)隊將食物垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸（作為必需的碳源）和額外的硫酸銨（作為氮源）喂養(yǎng)到鉤蟲貪銅菌（Cupriavidus necator）。
圖2 食物廢棄物-有機(jī)酸生物轉(zhuǎn)化過程的穩(wěn)健性
這種細(xì)菌合成聚羥基烷酸酯 (PHA) 塑料，用于儲存碳和能量。細(xì)菌合成的 PHA 中約 90% 可以被回收利用，制成可生物降解的包裝和其他產(chǎn)品。
在加入該項目之前，劉的生物醫(yī)學(xué)經(jīng)驗主要集中在干細(xì)胞研究上，因此找到正確比例的正確元素以取得成功被證明是“充滿挑戰(zhàn)”的。
“將廚余垃圾生物轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸相對容易。培養(yǎng)產(chǎn)塑料的細(xì)菌卻很難，因為一開始我并沒有利用細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)生物聚合物的經(jīng)驗，”他說，“每一步都感覺有些事情與我預(yù)想的不一樣。”
金感謝索迪斯和賓漢姆頓大學(xué)餐飲服務(wù)部提供用于實驗的食物垃圾。
“我和紐約州立大學(xué)的可持續(xù)發(fā)展官員聊過，得知紐約州立大學(xué)不允許填埋食物垃圾——這是學(xué)校的政策，”她說。“每個校區(qū)都希望解決這個問題。在賓漢姆頓大學(xué)，食堂把浪費的食物送給農(nóng)民喂養(yǎng)牲畜。我想或許我們可以嘗試將這些食物垃圾直接轉(zhuǎn)化為可生物降解的塑料。關(guān)于這個想法的可行性，研究出版物上的信息很少，所以我們覺得這或許是我們可以努力彌補(bǔ)的差距。”
賓厄姆頓團(tuán)隊解答了幾個對食物轉(zhuǎn)化為塑料至關(guān)重要的問題。例如，食物垃圾可以儲存至少一周，而不會對生物轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生任何不利影響，這為工業(yè)規(guī)模的收集提供了靈活性。該團(tuán)隊還確定了生物轉(zhuǎn)化是否依賴于特定的食物類型，以及如何處理收集中心收到的不同種類的垃圾。
“我們發(fā)現(xiàn)，只要將不同類型的食物以相同的比例混合在一起，這個過程就非常穩(wěn)定，”金說。“我們控制發(fā)酵過程中的溫度和pH值，這些條件會促進(jìn)有機(jī)酸生成細(xì)菌的生長。”
她甚至計劃利用發(fā)酵過程中剩下的固體殘留物。這些殘留物看起來像糊狀物，團(tuán)隊正在將其開發(fā)成有機(jī)肥料，以取代標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)肥料。
下一步，金希望擴(kuò)大該工藝的規(guī)模，以確保其在塑料產(chǎn)量不斷擴(kuò)大的情況下繼續(xù)保持預(yù)期的性能。這意味著需要尋求更多資助或與工業(yè)合作伙伴合作。
參考資料
[1] Global transcriptomics reveals carbon footprint of food waste in the bioconversion of ecofriendly polymers
