根據美國農業部的數據,美國每年丟棄的食物供應量介於 30% 至 40% 之間。這些廢物每年累積達數十億磅,最終在垃圾填埋場腐爛,釋放出甲烷和二氧化碳等溫室氣體。與此同時,塑料廢物的增加引發了對微塑料在環境和人體內擴散的擔憂。
位於紐約州立大學的賓漢姆頓大學的研究人員可能找到了同時解決這兩個問題的方法。由博士生劉天正(Tianzheng Liu)領導的團隊開發了一種將食物廢料轉化為生物可降解塑料的方法,這一突破在環境保護方面具有潛在的大規模影響。
該團隊使用含有乳酸作為碳源和硫酸銨作為氮源的發酵食物廢料餵養「Cupriavidus necator」細菌。這些細菌合成一種名為聚羥基脂肪酸酯(PHA)的生物塑料,並將其作為碳和能量的內部儲存。
約 90% 生產的 PHA 可以被收集並用於製造生物可降解包裝和其他塑料產品。項目支持者、教授金莎(Sha Jin)表示:「我們可以利用食物廢料作為資源轉化為許多工業產品,而生物可降解聚合物只是其中之一。我們的目標不僅是提升食物廢料的價值,還要降低這種環保聚合物的製造成本。」
劉天正在整個過程中面臨著陡峭的學習曲線,他的背景為幹細胞研究。他表示:「將食物廢料轉化為有機酸的過程相對簡單,但培養生產塑料的細菌卻很困難,因為一開始我對細菌發酵生產生物聚合物沒有經驗。」
這一利用食物廢料的想法源於金教授在 2022 年獲得的紐約州食品可持續性研究的資助。她聯繫了校園的可持續性官員,得知紐約州立大學的政策禁止將食物廢料送往垃圾填埋場。金教授表示:「每個校園都應該解決這個問題。在賓漢姆頓,餐廳將浪費的食物提供給農民用作牲畜飼料。我想,也許我們可以直接將這些食物廢料轉化為生物可降解塑料。」
Sodexo 和賓漢姆頓大學餐飲服務部提供了該項目所用的食物廢料。團隊的工作還解決了工業規模挑戰,例如儲存和食物變異性。他們發現,廢料可以儲存至少一周而不影響結果。食物的類型並不重要,只要混合比例保持穩定。
金教授表示:「我們發現這個過程非常穩健,只要不同類型的食物以相同的比例混合。我們控制發酵過程中的溫度和 pH 值,這些條件有助於有機酸產生細菌的生長。」發酵後剩下的糊狀殘渣也正在被測試作為潛在的有機肥料,以取代化學肥料。
接下來的步驟是擴展。金教授希望擴大系統,並與行業合作夥伴或獲得額外的資助支持進行更大規模的測試。她指出:「《生物資源技術》是一份高質量的期刊,因此快速發表反映了這項研究的重要性。」該研究已發表在《生物資源技術》期刊上。
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