以定制饮食喂养的细菌会生产可生物降解的聚合物

德国每年人均产生约38公斤塑料废物。在与斯图加特大学和LCS生命周期模拟的联合项目中，弗劳恩霍夫界面工程与生物技术研究所IGB和弗劳恩霍夫流程工程与包装研究所IVV的研究人员现在正在努力建立一个可持续利用生物的整体概念化妆品行业中的可降解包装材料。该项目的重点是聚羟基链烷酸酯(PHA)，其具有与常规塑料相似的性能，但是是由微生物生产的，并且不使用化石基原料。

迄今为止，位于斯图加特Fraunhofer IGB的Susanne Zibek博士实验室的细菌已被饲喂各种废料，从木材废料，油和糖残渣到生物柴油生产中的甘油。这些碳基饲料中的每一种都使细菌产生特定的细胞内储存颗粒。这些所谓的聚羟基链烷酸酯(PHA)是SusPackaging的重点，SusPackaging是与弗赖辛格弗劳恩霍夫IVV，斯图加特大学和位于巴克南镇的LCS Life Cycle Simulation合作进行的一项研究项目。Fraunhofer IGB的研究人员正在寻求创建生物基，​​可生物降解的聚合物，以替代化妆品行业中的塑料包装。该项目与众不同之处在于它试图建立一个完整的绿色价值链。作为博士

该过程始于细菌的培养。食品加工技术集团的经理Susanne Zibek博士和她的同事Thomas Hahn博士正在研究如何利用特定的微生物来生产具有不同结构的不同PHA，以及饲料的选择如何影响其特性。Zibek解释说：“基本上，我们正在尝试创建新的结构变体，以便可以查看所生产的聚合物是否适合用作包装材料。” 该工作组得到斯图加特大学研究人员的支持，他们正在仔细研究微生物的各种特征，包括它们在多大程度上可以适应天然饲料来源中可能含有的有毒物质。

用压力变化技术替代有害溶剂

在可以对PHA进行处理和测试之前，必须先从微生物中提取它们。这是Fraunhofer IGB食品加工技术部门的组长Vásquez-Caicedo的专业领域。通常，该所谓的纯化过程使用诸如氯仿的溶剂。但是，正如她所解释的那样，其目标是远离对环境有害的溶剂。相反，她开发了一种纯粹的机械/物理方法破坏细胞。被称为压力变化技术(PCT)，这涉及向包含微生物的发酵液中添加一种处理气体。然后将肉汤加压，结果是气体渗透细胞的细胞质。肉汤中压力的快速降低会破坏细胞并释放PHA。

Fraunhofer IGB的用于细胞破坏和功能材料提取的实验室设备。图片来源：Fraunhofer-Gesellschaft

纯化后，将PHA以白色粉末的形式发送到Freising的Fraunhofer IVV。在这里，它首先变成颗粒，然后变成聚合物薄膜。在这种聚合物的小片上进行的初始测试已检查了材料特性，例如热稳定性，可塑性和各种阻隔性能，这对于将来的包装要为化妆品成分提供有效的防干燥作用至关重要。

来自Fraunhofer IVV的Cornelia Stramm博士对迄今为止的结果感到满意：“就其机械性能而言，某些PHA类型仍然难以加工。我们需要在那里进行一些调整。但就其阻隔性能而言，与其他生物聚合物相比，PHA具有巨大的潜力。” 在每个测试周期的最后，她将结果连同建议一起发送给斯图加特，以采取进一步的措施，然后该过程再次开始。

根据Fraunhofer IVV的反馈，Zibek在Fraunhofer IGB的工作组已经修改了其饲料策略。现在为细菌提供了额外的共底物，这增加了PHA的戊酸酯含量，从而使最终产品更加柔软。

每个反馈回路都有进一步的增强

尽管产量仍然很低，并且生产需要花费大量时间，但每个反馈循环的过程都在稳步改善。

一旦确定了各个步骤，外部项目合作伙伴LCS生命周期模拟进行的生命周期分析将评估整个过程的能源效率和可持续性，以便将其与现有过程进行比较。Fraunhofer的三位研究人员都认为，PHA的潜力很大。将来，特别是对于一次性包装的小物品，它们可以提供传统石油基塑料的真正替代品。

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