摘要：紐約州立大學賓漢姆頓大學的研究人員開發(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致人們越來越擔心微塑料進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賓漢姆頓大學的一個團隊正在對這一想法進行開創(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， 為任何有興趣擴大這一進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位的劉天正領(lǐng)導了該項目，并得到了金沙教授和紐約州立大學杰出教授、賓漢姆頓大學托馬斯·沃森工程與應(yīng)用科學學院生物醫(yī)學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?！皩徃迦嗽u價說：‘這篇論文展現(xiàn)了顯著的科學價值、創(chuàng)新性和環(huán)境相關(guān)性?！?/div>
圖2 食物廢棄物-有機酸生物轉(zhuǎn)化過程的穩(wěn)健性圖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
金第一次對食物浪費產(chǎn)生興趣是在 2022 年，當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-有機酸生物轉(zhuǎn)化過程的穩(wěn)健性
這種細菌合成聚羥基烷酸酯 (PHA) 塑料，用于儲存碳和能量。細菌合成的 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)學經(jīng)驗主要集中在干細胞研究上，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)化為有機酸相對容易。培養(yǎng)產(chǎn)塑料的細菌卻很難，因為一開始我并沒有利用細菌發(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想的不一樣。”
金感謝索迪斯和賓漢姆頓大學餐飲服務(wù)部提供用于實驗的食物垃圾。
“我和紐約州立大學的可持續(xù)發(fā)展官員聊過，得知紐約州立大學不允許填埋食物垃圾——這是學校的政策，”她說?！懊總€校區(qū)都希望解決這個問題。在賓漢姆頓大學，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的差距?！?/div>
賓厄姆頓團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?！拔覀兛刂瓢l(fā)酵過程中的溫度和pH值，這些條件會促進有機酸生成細菌的生長。”
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，團隊正在將其開發(fā)成有機肥料，以取代標準的化學肥料。
下一步，金希望擴大該工藝的規(guī)模，以確保其在塑料產(chǎn)量不斷擴大的情況下繼續(xù)保持預期的性能。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：紐約州立大學賓漢姆頓大學的研究人員開發(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致人們越來越擔心微塑料進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賓漢姆頓大學的一個團隊正在對這一想法進行開創(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， 為任何有興趣擴大這一進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位的劉天正領(lǐng)導了該項目，并得到了金沙教授和紐約州立大學杰出教授、賓漢姆頓大學托馬斯·沃森工程與應(yīng)用科學學院生物醫(yī)學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?！皩徃迦嗽u價說：‘這篇論文展現(xiàn)了顯著的科學價值、創(chuàng)新性和環(huán)境相關(guān)性?！?/div>
圖2 食物廢棄物-有機酸生物轉(zhuǎn)化過程的穩(wěn)健性
金第一次對食物浪費產(chǎn)生興趣是在 2022 年，當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?！拔覀兊哪繕瞬粌H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-有機酸生物轉(zhuǎn)化過程的穩(wěn)健性
這種細菌合成聚羥基烷酸酯 (PHA) 塑料，用于儲存碳和能量。細菌合成的 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)學經(jīng)驗主要集中在干細胞研究上，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)化為有機酸相對容易。培養(yǎng)產(chǎn)塑料的細菌卻很難，因為一開始我并沒有利用細菌發(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想的不一樣?！?/div>
金感謝索迪斯和賓漢姆頓大學餐飲服務(wù)部提供用于實驗的食物垃圾。
“我和紐約州立大學的可持續(xù)發(fā)展官員聊過，得知紐約州立大學不允許填埋食物垃圾——這是學校的政策，”她說?！懊總€校區(qū)都希望解決這個問題。在賓漢姆頓大學，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的差距?！?/div>
賓厄姆頓團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?！拔覀兛刂瓢l(fā)酵過程中的溫度和pH值，這些條件會促進有機酸生成細菌的生長?！?/div>
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，團隊正在將其開發(fā)成有機肥料，以取代標準的化學肥料。
下一步，金希望擴大該工藝的規(guī)模，以確保其在塑料產(chǎn)量不斷擴大的情況下繼續(xù)保持預期的性能。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
本網(wǎng)站銷售的所有產(chǎn)品僅用于工業(yè)應(yīng)用或者科學研究等非醫(yī)療目的，不可直接作用于人體或動物，非藥用，非食用。
