中国二手网04月10日讯
导读：现在全球面临的环境问题有全球变暖，水体污染，空气污染，森林锐减等等，其中造成水体污染和空气污染，很大一部分是由大家每天生产的塑料垃圾造成的。塑料的产生已经给生物带来了大量灾难性的后果，许多物种因塑料的不可降解而渐渐锐减，甚至灭绝。塑料污染，已经成为关乎全人类和地球生物存活的重要问题。现在的估计表明，全世界每生产的3.59亿塑料中，有1.5-2亿积聚在垃圾填埋场或自然环境中。对生物的具体风险从下图可见微知著。因此，迫切需要开发出可降解塑料的技术。
塑料回用，迫在眉睫!
聚对苯二甲酸乙二酯（PET）是世界上最丰富的聚酯塑料，全球每生产约7000万用于纺织和包装。PET的主要收购过程，是通过热机械方法，但这会造成机械性能的损失，性能减少可用性就不强了。所以造成的结果是，工业更期望重新合成PET，而不是收购，从而使得PET废料继续积聚，形成恶性循环。
PET是一种极难水解的聚酯，由于其芳香对苯二甲酸酯单的比例很高，减少了链的流动性。之前一些PET水解酶已被报道，但表现出有限的生产力，所以，想要PET能被水解，还需要一些功夫。
新突破
20204月9日，法国图卢兹大学A. Marty、S. Duquesne和I. André等人描述了一种改进的PET水解酶（改进了一种名为leaf-branch compost cutinase (LCC)的角质酶），该酶在10个小时内最后达成了至少90％的PET解聚为单体，生产率为每升每小时16.7克对苯二甲酸酯（200克/千克PET悬浮液，酶浓度为3毫克/克PET），优化的酶的性能优于迄今为止报道的所有PET水解酶。
要紧的是，研究职员还表明可以通过酶解聚的PET废料来生产生物收购PET瓶子，其性能与石油化学合成的PET相当，因此可以重复采用以制造瓶子，从而有助于达成循环PET经济的定义。研究成就在线发表于最新一期Nature杂志，并被选为封面文章。同一天，Science官方网站发表专栏文章，对此技术进行点评。
发现问题
第一，研究职员通过比较几种水解酶和角质酶来降解PET，研究发现LCC角质酶在非晶态PET(Gf-PET)和瓶级PET(Pf-PET)的解聚性能均高于其他几种酶，但是当达到玻璃化转变温度时，LCC反应在65℃下3天后停止，Pf-PET实际转化的比例仅为31％。而通过第三加入LCC时，初始动力学可得以恢复，这意味着LCC的热稳定性最有可能成为限制原因。因此，为了优化解聚收率，研究职员试图通过酶工程来改变LCC的活性和热稳定性。
金属结合位点来提升酶的热稳定性。实验证实，通过添加钙离子可提升LCC热稳定，但是为了减少反应本钱和广泛的下游净化的需要，研究职员更倾向于防止盐和添加剂，于此，他们采取了二硫键桥取代二金属结合位点的替代方案，达成LCC在不依靠钙离子的状况下也具有热稳定。
3）工程化酶解聚性能比较
研究职员工程化出四种四重变体（ICCG、ICCM、WCCG和WCCM），它们均具有相似或高于野生型LCC的比活性，熔融温度也相对得以提升。在解聚试验结果发现，ICCG和WCCG的实际转化的比例最高，分别在20h和15h达到82%和85%。由于每克PET中3毫克酶的比率似乎最大化了PcWPET的解聚，试验结果果真如此，WCCG和ICCG变体分别在10.5h和9.3h内获得90%的解聚。
为了在生产率和酶本钱之间做出折衷，在中试规模（具有很高PcW-PET含（200 g/ kg））的解聚中，研究职员以2 mg每克PET采用了优化的ICCG变体，计算出，收购1PET所需的酶本钱约占纯PET格的4％。
这种高效，优化的酶的性能优于迄今为止报道的所有PET水解酶，包括来自在2016Science报道的细菌Ideaella sakaiensis菌株201-F6的酶（甚至在次级酶的辅助下）以及最近高度关注的有关的改良变体。
4）绿色可收购
作为工艺开发的第一步，研究职员仅收购了占PET重最主要部分的对苯二甲酸（1PET废料可产生863千克对苯二甲酸）。然后采用与工业有关的办法，将对苯二甲酸单体纯化到高于99.8％的水平。另外，在此过程中，每千克再生PET会产生0.6千克硫酸钠。通过该的新工艺，每收购10万PET将产生约60,000硫酸钠，占全球硫酸钠市场的0.28％。
要紧的是，研究职员还表明可以采用此处生产的对苯二甲酸合成纯净的PET，其性能与石油化学合成的PET相当。
小结
综上所述，研究职员采用计算机辅助酶工程技术，达成了在不到10 h的时间内将酶催化的PET解聚提升了90％实际转化的比例。并采用所得的精制对苯二甲酸单体合成PET，最后将其吹塑成瓶，从而闭合了循环经济的循环。由于全球迫切需要解决塑料处置问题，并且许多政府，国家和国际机构以及制造商致力于达成可持续进步目的以及循环经济的理念，因此本文所述的PET废料的酶处置可能有助于达成这些目的。
