靠細菌和蟲子能吃掉白色污染嗎？（中）

文 | 魏昕宇

【前情提要】在上篇中，我們認識了常見的天然高分子材料，並了解了為什麼用這些材料代替現有的合成塑料，從而解決白色污染問題是不現實的。在本篇中，我們將會了解目前最為熱門的生物可降解塑料——聚乳酸，以及其它宣稱可以通過生物降解消除白色污染的手段。

二、聚乳酸：時勢造英雄

聚乳酸， 顧名思義， 是乳酸聚合得到的高分子化合物。乳酸是我們並不陌生的一種有機物。我們進行劇烈運動時，葡萄糖在體內會被代謝為丙酮酸，後者再進一步代謝為乳酸。牛奶在發酵成酸奶時，乳酸菌會將乳糖轉化為乳酸，從而帶來獨特的酸味。事實上，乳酸這個名稱的由來就是由於它最初是在發酵的牛奶中被發現，而做出這一發現的是以發現氧氣聞名的瑞典化學家舍勒。而乳酸能夠聚合成聚乳酸，最早則是被以合成尼龍聞名的美國化學家卡羅瑟斯發現的。因此，卡羅瑟斯不僅是公認的尼龍之父，也應該是當之無愧的聚乳酸之父。

聚乳酸由乳酸聚合而得到

不過，在聚乳酸被發現後很長一段時間裡，它卻一直被束之高閣，這是為什麼呢？由於技術所限，卡羅瑟斯最初得到的聚乳酸分子量不高，因此強度不高。後來研究人員通過改進方法，成功增加了聚乳酸的分子量。但即便如此，聚乳酸在性能上仍然沒有太多的亮點，有些方面比其他塑料還要差，例如它比較脆，熱穩定性也不太好。與此同時，聚乳酸的生產成本卻高出別的塑料一大截。有誰會給這種「價高質次」的材料委以重任呢？

在沉寂了幾十年之後，聚乳酸終於迎來了它的第一個「伯樂」—生物醫學行業的從業者。與其他合成的塑料相比，聚乳酸有一個獨特之處，那就是在合適的條件下可以降解成無毒無害的乳酸。因此，它可以實現其他材料無法做到的一些獨特應用。例如用聚乳酸製成的手術縫合線在傷口癒合過程中會逐漸被人體吸收，因此為患者免去了拆線的煩惱。又如聚乳酸雖然在體內能夠被降解，但它本身並不能直接溶於水，因此如果把藥物包裹在聚乳酸的微球內，微球進入體內後，藥物並不會一下子跑出來，而是隨著聚乳酸的降解而逐漸與組織接觸，從而實現藥物更加緩慢持久的釋放。至於機械性能不夠好、成本高等缺點，為了治病救人，都可以容忍。這樣，聚乳酸終於結束「待業」狀態，開始走入實際應用。

但聚乳酸真正迎來更大的發展機遇還是在白色污染問題得到重視以後。人們意識到，如果用聚乳酸來代替傳統的塑料，不就可以通過降解來緩解廢棄塑料製品在環境中的積累嗎？雖然聚乳酸機械強度等方面的性能不夠出色，但也不比常規塑料差得太多，並且通過一些技術手段可以適當提高。而且不像纖維素塑料的加工需要繁瑣的化學反應，聚乳酸可以像其他塑料那樣通過加熱熔融來成型，在生產上要方便很多。另外更重要的一點是，人們發現乳酸可以通過澱粉的發酵而得到，這使得聚乳酸的成本顯著下降。因此，聚乳酸開始被大量用於生產食品包裝、餐具等常規的塑料製品。可以預見，在不久的將來，聚乳酸還將迎來更加迅猛的發展。

在聚乳酸的帶動下，近些年來，可降解塑料的隊伍愈發龐大。然而細心的人們很快就發現，這其中似乎混進了一些可疑的傢伙。

三、環境公害變身環保明星？

雖然聚乳酸在過去的幾十年間進步飛速，許多傳統的塑料在性能上仍然具有聚乳酸難以企及的優勢，那麼有沒有可能在繼續使用這些材料的同時，又設法讓它們變得能夠被生物所降解呢？一個可能的辦法是對自然界進行「拉網式排查」，看看有沒有可能在某個此前不為人所知的角落找到能夠有效吃掉白色污染的神奇生物。通過這一途徑，科學家們還真的收穫了不少令人振奮的結果。除了本文開頭提到黃粉蟲，一個典型的例子是2016 年的關於聚對苯二甲酸乙二醇酯的一項發現。聚對苯二甲酸乙二醇酯通常被認為無法被微生物降解，但就在這一年，日本科學家在一處聚對苯二甲酸乙二醇酯製品的回收工廠中發現了一種此前從未被報道過的細菌，它能夠利用體內兩種特殊的酶將這種塑料分解為對應的單體對苯二甲酸和乙二醇。這項研究啟發科學家們，遍地的塑料垃圾或許已經成了一種新的環境因素，可以幫助我們篩選出那些能夠讓微生物以塑料為食的基因突變。一年之後，來自英國和西班牙的研究人員還發現大蜡蛾這種昆蟲的幼蟲可以將聚乙烯降解為乙二醇。研究人員推測，由於大蜡蛾的幼蟲以蜂蠟為食，而蜂蠟的化學結構與聚乙烯具有一定的相似性，因此這些毛蟲能夠以聚乙烯為食也就不奇怪了。

除了寄希望於新的微生物，一些生產廠商還將特殊的添加劑添加到聚乙烯、聚丙烯等難以降解的塑料中，聲稱這些添加劑能夠藉助光照、微生物等外界因素，加快塑料的降解。還有的廠家將聚乳酸、澱粉等可降解的塑料與不可降解的塑料混合。這樣的塑料在進入市場時，往往也帶上了「可降解」的標籤。許多曾經的白色污染的罪魁禍首，搖身一變，成了對環境友好的明星材料。

然而這種轉變太過突然，讓不少人心生疑竇：這些所謂的可降解塑料真的能降解嗎？

要回答這一問題，我們必須明確，究竟什麼樣的塑料可以被稱為生物可降解塑料？一般來說，有這樣兩條標準必須符合：首先，這種材料必須能夠在合理的時間內被環境中的微生物降解。因為即便是傳統意義上化學性質穩定、難以被微生物分解的塑料，長時間暴露在環境中，仍然可能會發生一定的降解，如果給它們統統貼上可降解塑料的標籤，顯然是自欺欺人之舉。因此，我們希望進入環境中的塑料最好在較短的時間內降解完全，例如幾周或者數月是可以接受的。但光是降解完全還不夠，如果降解產物是對環境有害的物質，那還不如不降解。因此我們還要加上第二條標準，那就是降解產物必須無毒無害，能夠被生物再次利用。

有了這兩條標準，市面上五花八門的可降解塑料哪些名實相符，哪些則是濫竽充數的南郭先生，就一目了然了。

-未完待續-

（本文節選自作者所著《塑料的世界》一書，科學出版社2019年5月出版，文字略有調整）

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