王瑛璇 任芳沅 張歆怡

（沈陽(yáng)師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 遼寧沈陽(yáng) 110034）

隨著微信、支付寶支付的不斷完善，“互聯(lián)網(wǎng)+餐飲服務(wù)”不斷普及，在如此快節(jié)奏的社會(huì)下，外賣的確給人們的生活帶來(lái)了便利，尤其是針對(duì)“上班族”和“學(xué)生黨”課程或工作繁多、午休時(shí)間不夠充足的現(xiàn)實(shí)情況，味美價(jià)廉的外賣廣受他們的青睞。然而，外賣包裝多為塑料制品。環(huán)保組織“自然大學(xué)”在2017年的一項(xiàng)調(diào)研顯示，餓了么、美團(tuán)外賣、百度外賣這三大平臺(tái)的日訂單量總和在2000萬(wàn)單左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每單外賣平均消耗3.27個(gè)一次性塑料餐盒/杯［1］，這意味著外賣每天消耗的餐盒超過(guò)6000 萬(wàn)個(gè)，日積月累后，更是無(wú)法估量，這些塑料垃圾多數(shù)無(wú)法二次利用，無(wú)論是焚燒還是填埋，都會(huì)給經(jīng)濟(jì)及環(huán)境造成不小的壓力。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究已證實(shí)大蠟螟幼蟲(chóng)可以降解塑料，且與其腸道菌落密不可分［2］。此外，生物降解塑料現(xiàn)象也廣泛存在于生活中，如大米中滋生的米象能輕易啃食咬破塑料米袋、面包蟲(chóng)不能用泡沫箱養(yǎng)、有塑料制品長(zhǎng)期堆放的垃圾堆也會(huì)有黃粉蟲(chóng)的出現(xiàn)、海洋中的蛀船蟲(chóng)和鉆孔蚌能夠侵蝕聚乙烯和海底電纜等［3］。

1 塑料及可降解塑料發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 常見(jiàn)塑料的種類及其應(yīng)用

隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)工藝手段的進(jìn)步，塑料制品工藝也將在未來(lái)不斷得到優(yōu)化。常見(jiàn)的塑料有如下類型。

聚乙烯（PE）：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿鹽水溶液的浸泡，因此常用來(lái)做食品包裝袋和各種容器。

聚氯乙烯（PVC）：軟硬度范圍更大，由于添加了一些增塑劑、抗老化劑等有毒物質(zhì)，因此一般不用來(lái)儲(chǔ)存食品和藥品，而用于制作各種管道。

聚苯乙烯（PS）：透光性好，但質(zhì)脆，常用于燈罩制作、家用餐具托盤等。

聚丙烯（PP）：無(wú)毒無(wú)味，耐熱，耐腐蝕，常用作一次性餐具。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物類（ABS）：具有良好電鍍性能，耐熱堅(jiān)固，常用于制作按鍵、汽車零件、冰箱等。

聚甲醛（POM）：俗稱“賽鋼”，具有很低的摩擦系數(shù)和幾何穩(wěn)定性，常用于生產(chǎn)軸承、齒輪等。

聚酰胺（PA、尼龍）：堅(jiān)韌耐磨，彈性大，常用作減磨耐磨零件［4］。

1.2 可降解塑料的研究進(jìn)展

當(dāng)人們開(kāi)始意識(shí)到塑料的自然降解需要成百上千年之后，科學(xué)家開(kāi)始研究可以縮短降解時(shí)間且對(duì)環(huán)境危害較小的塑料。

首先被發(fā)明出的是淀粉改性塑料。這種塑料的生成是在傳統(tǒng)的塑料聚合過(guò)程中加入淀粉改性物質(zhì)，但是這種塑料只是將其變?yōu)樗芰闲K片段，不但加大了回收難度，而且仍會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染。

其次出現(xiàn)的是光、熱降解塑料。它能夠在紫外線照射或溫度較高的條件下，促進(jìn)塑料中含有光敏物質(zhì)的聚合物發(fā)揮作用，加速塑料的光熱氧化反應(yīng)過(guò)程，使其快速分解，但是它們被光和熱的條件所限制，導(dǎo)致塑料的降解速率極其不穩(wěn)定，效果不明顯。

現(xiàn)在發(fā)展到了生物降解塑料階段，生物可降解塑料大約有以下幾種：聚羥基烷酸酯（簡(jiǎn)稱PHA）、再生纖維素淀粉塑料、PLA、PBS、PCL、聚乙醇酸、淀粉基塑料。其中，PHA 具備生物可降解性和生物相容性等特點(diǎn)，多用于器官移植、農(nóng)業(yè)用薄膜［5］。近幾年，有研究表明，利用廚余垃圾可經(jīng)過(guò)一系列工藝技術(shù)合成PHA。聚乳酸（PLA）是目前該領(lǐng)域價(jià)格最低、應(yīng)用范圍最廣的生物降解塑料。

2 大蠟螟幼蟲(chóng)降解塑料的研究

2.1 大蠟螟的屬性特征

大蠟螟（Galleria mellonella）屬鱗翅目、螟蛾亞科蠟螟昆蟲(chóng)，其幼蟲(chóng)以蜂巢脾為食，是中華蜜蜂的主要敵害，也被視為農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)［6］。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多研究者發(fā)現(xiàn)大蠟螟具有生長(zhǎng)發(fā)育周期短、食料來(lái)源較為廣泛、易繁殖，并且其幼蟲(chóng)含有豐富的蛋白質(zhì)等特點(diǎn)。所以，近年來(lái)，人們對(duì)它不再局限于防治，而是利用它的優(yōu)點(diǎn)，使其作為試驗(yàn)昆蟲(chóng)和飼料餌料加工原料等［7］。當(dāng)大蠟螟作為經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)飼養(yǎng)時(shí)，應(yīng)喂養(yǎng)含蛋白質(zhì)、氨基酸等必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較多的飼料，如可以用帶有花粉的廢棄巢脾用作食料飼養(yǎng)幼蟲(chóng)［8］。

大蠟螟的生長(zhǎng)發(fā)育周期分為4個(gè)階段，依次是卵、幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)。但只有大蠟螟的幼蟲(chóng)具備啃食塑料的能力。在正常發(fā)育情況下，大蠟螟的老熟幼蟲(chóng)體長(zhǎng)大約為22mm，頭寬大約為2.25mm。幼蟲(chóng)體整體呈乳白色，表皮上分布排列著許多黑色小圓顆粒，頭部和前胸背板有明顯剛毛，氣門環(huán)呈黑色，氣門孔呈乳白色，額高占頭高的80%［9］。幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育周期可持續(xù)6個(gè)星期至6個(gè)月。幼蟲(chóng)時(shí)期的食物成分異同和不同發(fā)育階段的時(shí)長(zhǎng)都會(huì)影響成蟲(chóng)個(gè)體的顏色和大小。一般雄性個(gè)體小于雌性個(gè)體［10］。

2.2 大蠟螟幼蟲(chóng)取食塑料的生長(zhǎng)發(fā)育變化

早在多年前就有研究人員發(fā)現(xiàn)“昆蟲(chóng)可以吃塑料”，北京航空航天大學(xué)的楊軍教授等人發(fā)表了2篇證明黃粉蟲(chóng)可降解聚苯乙烯的論文。秦小燕將食塑昆蟲(chóng)印度谷螟（P.interpunctella）作為研究對(duì)象，通過(guò)高溫凝膠滲透色譜法和紅外光譜法，分析其糞便，證實(shí)其確實(shí)有食塑能力，也依賴其腸道中的微生物［11］。在此之后，有許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，并從黃粉蟲(chóng)腸道中獲取可以降解塑料的菌種。到目前為止，“吃塑料”的昆蟲(chóng)多達(dá)14種，大蠟螟幼蟲(chóng)便是其中之一。

發(fā)現(xiàn)大蠟螟幼蟲(chóng)能夠啃食塑料的是貝爾托基尼和英國(guó)劍橋大學(xué)的保羅邦貝利科研小組，他們將大約100 只大蠟螟幼蟲(chóng)和一堆塑料袋放在一起，12h 后，研究人員發(fā)現(xiàn)這堆塑料袋的數(shù)量明顯減少了。大蠟螟幼蟲(chóng)能啃食塑料可能由于其幼蟲(chóng)以蜂蠟為食，而蜂蠟的化學(xué)結(jié)構(gòu)與PE塑料極其相似，都是由高度多樣化的脂質(zhì)化合物組成［12］。由此可推出，其幼蟲(chóng)可取食塑料并且體內(nèi)含有可降解塑料的酶或菌群。這些研究對(duì)解決塑料污染問(wèn)題有著重大意義。

唐瑞、林佳倚等研究人員用PE 塑料膜喂養(yǎng)大蠟螟，發(fā)現(xiàn)不同比例的微塑料對(duì)大蠟螟幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育有著不同影響。當(dāng)微塑料比例為0%時(shí)，幼蟲(chóng)存活率最高在96%左右。在取食塑料占比5%～25%的情況下，微塑料比例升高，幼蟲(chóng)存活率逐漸降低，但趨勢(shì)不明顯，依然可以存活。隨著喂塑料的比例增大，幼蟲(chóng)生存率降低，其原因在于PE塑料不能完全作為飼養(yǎng)大蠟螟食料，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌感染或自相殘殺等情況，幼蟲(chóng)生存率降低［2］。因此，雖然其以塑料為食，但缺少必然的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)使其幼蟲(chóng)存活率大幅度降低。Ekaterina Pererva 在實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有用單一的塑料作為食物來(lái)培養(yǎng)大蠟螟幼蟲(chóng)，而是加入麥麩和蜂蠟作為輔助碳源，這樣大大延長(zhǎng)了幼蟲(chóng)的壽命，提高了存活率［13］。因此可得出，其幼蟲(chóng)雖然可以塑料為食，但如果缺少必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，幼蟲(chóng)的死亡率會(huì)大幅度上升。

2.3 可降解塑料的大蠟螟幼蟲(chóng)腸道菌

何歡、楊明飛等人對(duì)大蠟螟幼蟲(chóng)的腸道可培養(yǎng)細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。研究人員利用DNA 序列測(cè)序技術(shù)，來(lái)鑒別分析腸道細(xì)菌的種類。他們從幼蟲(chóng)腸道分離并純化了16 種可培養(yǎng)細(xì)菌，其中，芽孢桿菌屬9株、腸球菌屬4株、葡萄球菌屬2株、莫拉菌屬1株，以及不動(dòng)桿菌屬1株，在這些菌株中，芽孢桿菌科較其他可培養(yǎng)腸道菌株最具優(yōu)勢(shì)［14］。Yang 等人從大蠟螟幼蟲(chóng)的腸道中分離出兩株可培養(yǎng)塑料降解菌，分別是Bacillus sp.YP1和Enterobacter asburiae YT1［12］。

李亞飛等人從取食聚乙烯的大蠟螟幼蟲(chóng)的腸道分離出2 種細(xì)菌，分別是LYF-1、LYF-2。第一種細(xì)菌能夠分解線型低密度聚乙烯和低密度聚乙烯。第二種細(xì)菌能夠分解線型低密度聚乙烯和普通塑料。兩種細(xì)菌混合使其降解能力增強(qiáng)并且可以分解3種密度的聚乙烯，使其表面出現(xiàn)孔洞裂痕［15］。

Ekaterina Pererva 的研究發(fā)現(xiàn)證明了大蠟螟的幼蟲(chóng)取食聚苯乙烯的能力明顯比取食聚乙烯的能力弱。研究人員在以蜂蠟或麥麩作為輔助碳源的大蠟螟幼蟲(chóng)腸道中測(cè)出具有加大的優(yōu)勢(shì)菌種屬，分別是Enterococcus、Geobacillus 和Pseudomonas，其中，Geobacillus 和Pseudomonas可能能夠降解聚苯乙烯［13］。

胡亞楠等人的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為特有的新疆蜜蜂蜂巢中的土著大蠟螟，他們從幼蟲(chóng)腸道提取出的細(xì)菌以PE為唯一碳源進(jìn)行體外培養(yǎng)，進(jìn)一步篩選出擁有更高降解能力的菌株。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，新疆蜜蜂蜂巢中的土著大蠟螟腸道內(nèi)提取出來(lái)的菌株對(duì)PE 的降解效率高于其他生物的分離菌株。由數(shù)據(jù)可知，Bacillus cereus 和Enterobacterbugandensis具有更高的降解塑料能力［16］。

Zhang 等人從大蠟螟的腸道中分離出可降解高密度聚乙烯的真菌為Aspergillus flavus PEDX3。研究人員將該真菌培養(yǎng)28d 后，發(fā)現(xiàn)高密度聚乙烯被降解為分子量較小的MPP，并且利用FT-IR 技術(shù)證實(shí)了這一現(xiàn)象。該研究還發(fā)現(xiàn)了2種PE降解酶［17］。

3 結(jié)語(yǔ)

塑料在人們的生活中無(wú)處不在，各種塑料制品已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。這種高分子化合物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有較好的耐磨性、絕緣性、防水性，質(zhì)量輕容易成型且加工成本較低等，被應(yīng)用到各行各業(yè)。隨之而來(lái)的便是環(huán)境污染加劇，廢棄塑料處理大多數(shù)也只是選擇填埋的方式，而塑料燃燒產(chǎn)生的有毒氣體不僅會(huì)危害環(huán)境，也會(huì)影響人體健康，所以解決塑料污染問(wèn)題迫在眉睫，最重要的還是從源頭上進(jìn)行解決，再利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行輔助。人們生活水平提高的同時(shí)，也意識(shí)到塑料污染問(wèn)題的嚴(yán)重性。在日常生活中，應(yīng)該對(duì)塑料袋重復(fù)使用，購(gòu)買商品時(shí)也盡量使用布袋、紙袋或可降解塑料袋。當(dāng)然，垃圾分類同樣重要，應(yīng)將產(chǎn)生的垃圾進(jìn)行分類并送到指定地點(diǎn)進(jìn)行處理，這樣既可以提高資源的有效利用率，也可減少垃圾亂堆砌對(duì)環(huán)境造成污染的現(xiàn)象。有許多研究已經(jīng)證明一些昆蟲(chóng)可以啃食塑料，它們的部分腸道菌株可以降解塑料，雖然這些還處于初期發(fā)展階段，但相信未來(lái)的塑料污染問(wèn)題可以慢慢得到解決。