Page 90 - 《精细化工》2020年第3期
P. 90

·508·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 37 卷

                 PLA within 5 days was 29.35%.
                 Key  words:  biodegradation;  polylactic  acid;  Pseudomonas mendocina;  protease;  response  surface
                 methodology; biological engineering


                 塑料在人们的生产活动中得到了广泛使用，但                          1    实验部分
            其难以降解，因而带来了严重的“白色污染”。可生
            物降解塑料由于可被环境中的微生物及其酶所降解                             1.1    试剂与仪器
                                                                   KH 2 PO 4 、Na 2 HPO 4 、NH 4 Cl、CaCl 2 •2H 2 O、KCl、
            形成二氧化碳和水，具有良好的环境友好性而备受
            人们的关注      [1-3] 。聚乳酸（PLA）是一种聚酯类的可                 MgSO 4 •7H 2 O、NaCl，AR，天津市天力化学试剂有
                                                               限公司；胰蛋白胨、酵母提取物、琼脂，BR，北京
            生物降解材料，由于其具有良好的热塑性及可生物
                                                               奥博星生物技术有限责任公司；脱脂奶粉（FCC），
            降解性    [4-5] ，在农业、食品、包装、医药等领域得到
            了广泛应用      [6-10] 。                                食品级，内蒙古伊利实业集团股份有限公司；PLA，
                                                               相对分子质量为 10 万，日本昭和高分子公司；三氯
                 研究表明，PLA 在环境中降解速度缓慢。郑霞
                                                               甲烷，AR，上海沃凯生物技术有限公司；吐温 80，
            等人   [11] 将竹纤维/聚乳酸（BF/PLA）材料填埋于土
                                                               CP，天津市光复精细化工研究所；预混液 2×Taq PCR
            壤 12 个月后，PLA 的自然降解率仅有 8.87%。
            VASILE 等人    [12] 在实验室中模拟环境条件研究了聚                  Master Mix（组成成分有 Taq DNA 聚合酶、脱氧核
                                                               糖核苷三磷酸酯混合物 dNTP、MgCl 2 、PCR 缓冲液、
            乳酸/乙酰基柠檬酸三正丁酯材料的土壤降解特性，
                                                               PCR 反应增强剂、稳定剂和一种蓝色示踪染料）、双
            150 d 后材料的降解率仅有 3.7%，可见 PLA 在土壤
                                                               蒸水（ddH 2 O）、扩增引物 27F 与 1492R，生工生物
            中的降解率很低。PLA 虽是脂肪族的聚酯，但是，
                                                               工程（上海）股份有限公司。
            目前所报道的 PLA 降解酶以蛋白酶为主                [13-15] ，脂肪
                                                                   OS-1102 型恒温摇床，上海比朗仪器有限公司；
            酶 [16-18] 对其降解效果一般。林娟等人           [19] 从垃圾填埋
                                                               DH5000BⅡ型电热恒温培养箱，天津市泰斯特仪器
            场中筛选得到一株可降解 PLA 的放线菌 Lentzea
                                                               有限公司；FEI  Q45 型扫描电子显微镜，美国 FEI
            waywayandensis，其蛋白酶活最高约 7.8  U/mL。
                                                               公司；VECTOR-22 型红外光谱仪，德国 BRUKER
            HANPHAKPHOOM 等人        [20] 从森林土壤中筛选得到
                                                               公司；D/max2200PC 型 X 射线衍射仪，日本 Rigaku
            一株可降解左旋聚乳酸（PLLA）的细菌 Laceyella                      公司。
            sacchari，在 50  ℃下培养 5 d，可产生 5.07 U/mL 的
                                                               1.2   样品采集及材料制备
            蛋白酶。QI 等人     [21] 报道了 PLLA 降解菌 Amycolatopsis          样本来自山东潍坊地区，为连续使用 1  a 以上
            strain K104-1，在 pH 为 9.5、温度为 55~60  ℃的条            PLA/PBAT 地膜的土壤。利用无菌采样器取多点地
            件下，可产生 13.3  U/mL 的蛋白酶。综上可见，目                      表下层 20 cm 处土壤，混合均匀后过 60 目分子筛置
            前所报道的 PLA 降解菌产蛋白酶活性较低，同时未                          于真空管，4  ℃冰箱保存备用。采用流延法                  [22] 制备
            能对降解菌的降解能力有进一步报道，这使得从环                             规格为 10 mm×10 mm×0.1 mm 的 PLA 膜。
            境中分离出一株产蛋白酶活性高同时具有高效降解                             1.3   培养基
            PLA 能力的微生物成为研究热点。                                      无机盐培养基（g/L）：KH 2 PO 4 为 1.0；Na 2 HPO 4
                 实验室研究前期发现，在铺设聚乳酸/聚己二酸-                        为 1.5；NH 4 Cl 为 2；CaCl 2 •2H 2 O 为 0.1；KCl 为
            对苯二甲酸丁二酯共混物（PLA/PBAT）地膜的土壤                         0.15；MgSO 4 •7H 2 O 为 0.2；FeSO 4 •7H 2 O 为 0.01；
            中同时存在 PLA 和 PBAT 的降解菌来协同降解                         ZnSO 4 •7H 2 O 为 0.01；MnSO 4 •H 2 O 为 0.001；琼脂为
            PLA/PBAT。因此，本文选取铺设 PLA/PBAT 地膜                     20。pH 为 7.2~7.4。
            的土壤为样本，从中筛选出 PLA 的降解菌。结合形                              PLA 乳化液的制备方法：取 0.1 g 的 PLA 溶解
            态学观察、生理生化实验、16S rRNA 基因序列鉴定                        于 10  mL 的三氯甲烷中，待其充分溶解后，加入
            及系统发育树构建对其进行鉴定，并采用响应曲面                             100 mL无机盐培养基及 0.5 mL 的吐温 80 作乳化剂，
            法进行产酶条件优化。在最佳产蛋白酶活性条件下，                            摇匀后置于超声乳化机中乳化，得到 PLA 乳化液。
            研究了菌株降解 PLA 前后的质量、形貌和结构变化，                             筛选培养基（g/L）：即 PLA 为惟一碳源的无
            分析此菌株对 PLA 的降解特性，目的在于筛选到一                          机盐培养基，无机盐培养基上加入 10  g  PLA 的乳
            株具有高效产蛋白酶及降解 PLA 特性的微生物，为                          化液。
            PLA 的生物降解提供技术支持。                                       基础培养基（LB 培养基）（g/L）：胰蛋白胨为
   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95