近日，國際學術期刊Journal of Hazardous Materials刊發了中國科學院海洋研究所實驗海洋生物學重點實驗室孫超岷團隊最新研究成果，首次報道了從海洋真菌Alternaria alternata FB1中發現的兩種聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）高效降解酶，為處理PBAT以及復雜塑料廢物混合物提供了新的生物技術方案。
近年來，隨著全球塑料污染問題日益嚴峻，開發有效的塑料降解技術成為學術界和工業界共同關注的焦點。PBAT作為一種生物可降解塑料，具有良好的機械性能和熱穩定性，在包裝材料和農用薄膜等領域被廣泛應用。然而，PBAT含有較難降解的芳香族成分對苯二甲酸(是生產PET塑料的主要原料），使其自然降解效率較低，存在演變為微塑料的風險，進而影響各種生物的正常理化過程。盡管目前已有一些關于PBAT降解酶的研究，但均需在高溫(如60-70度)條件下才能有效降解PBAT塑料，欲實現規模化處理需要額外提供大量熱能，大大增加了企業的運行成本，不利于將來的工業化應用。因此，如何在較溫和的條件下實現PBAT塑料的高效降解是亟待解決的科學和技術難題。
為解決這一挑戰，孫超岷團隊著眼于海洋微生物，自2016年開始即從青島近海采集塑料垃圾，進行塑料降解菌的篩選工作。經過大量篩選，獲得了一株海洋真菌Alternaria alternata FB1，該菌株不僅能降解傳統聚烯烴塑料如聚乙烯（PE），還展現出高效降解PBAT塑料的潛力。在本研究中，研究人員進一步分離并表征了該菌株中兩種具有PBAT降解能力的角質酶AaCut4和AaCut10，為開發工業應用的高效降解劑提供了新的可能。
該研究的亮點之一是AaCut10在溫和反應溫度下展現的優越性能：AaCut10能夠在20-45°C下高效降解PBAT，其37°C下24小時PBAT解聚率達到82.14%，并在48小時內可實現PBAT的完全降解。在海水中，AaCut10保持了96%以上的催化活性，表明其具有良好的鹽度和離子耐受性。相比之下，另一種已知最高效的PBAT水解酶TfCut-DM Q132Y的降解效率僅為AaCut10的44.8%（37°C下）和16.26%（23°C下），進一步證明了AaCut10在溫和條件下的降解優勢。此外，研究人員還通過定向突變和反應條件優化進一步提高了AaCut10的單體生成率，為未來的酶工程改造提供了新的思路，也為工業應用奠定了基礎。除了PBAT，研究團隊還對AaCut4和AaCut10的其他底物適應性進行了測試。結果表明，這兩種酶不僅能夠有效降解PBAT，還表現出對其他生物可降解塑料如聚（3-羥基丁酸）（PHB）和聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的良好降解能力。廣泛的降解底物范圍使其在處理復合塑料或混合塑料廢物中展現出巨大潛力。
AaCut10作為一種海洋真菌源水解酶，展現了在工業化塑料廢棄物處理中的巨大應用潛力。其在溫和條件下高效降解PBAT的能力以及水解產物相對單一、未出現產物抑制效應以及耐鹽等特質，尤其適用于復雜海洋和陸地環境中的塑料廢物管理，為可降解塑料的回收和再利用提供了一條新途徑。目前，這項研究成果已申請了國家發明專利。2023年，全國PBAT生產總量已達139萬噸，PBAT正逐漸成為傳統聚烯烴塑料的重要替代品。然而，市場規模擴大背景下的PBAT末端處置水平亟待提高。利用基于AaCut10的生物酶解技術，PBAT廢棄物的回收能夠與絕大多數現有的PBAT制造工藝無縫銜接，通過高效的無溶劑方法將PBAT廢料再生為塑料制品，從而避免額外的成本支出及潛在的環境污染風險。未來，AaCut10一方面可用于生活中PBAT廢棄物的集中處理；另一方面，在山東、新疆等PBAT農業地膜大規模使用的省份，可與當地聚酯生產企業建立PBAT回收和再生產的產業基地，逐步實現真正意義上的閉環，即塑料的“生產-消費-回收-再造”。
中國科學院海洋研究所實驗海洋生物學重點實驗室博士研究生費凡為第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了嶗山實驗室科技創新項目、國際科學組織聯盟重點合作研究項目、山東省自然科學基金和泰山學者計劃等項目聯合資助。
滬公網安備 31011502005575號
