紫外辐照联合亚临界水萃取预处理强化生物强化堆肥中聚乳酸废料的降解研究

为解决聚乳酸(PLA)废料管理难题，研究人员创新性地采用紫外-C(UVC)辐照和亚临界水萃取(SWE)双重预处理策略，结合生物强化堆肥技术，显著提升PLA降解效率。研究表明，UVC预处理降低PLA机械强度和分子量(Mv )，SWE进一步将Mv 从190,000降至5300；经PLA降解菌群EAc生物强化后，56天内PLA失重率达42%，远高于自然堆肥(1%)。该研究为PLA废料的低成本、高效处理提供了新思路。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，聚乳酸(PLA)作为可生物降解的环保材料备受关注。然而，PLA在自然环境中降解缓慢，传统工业堆肥需要高温高压等苛刻条件，极大限制了其实际应用。如何实现PLA废料的高效降解，成为当前环境科学与微生物技术领域的重要挑战。

针对这一难题，泰国朱拉隆功大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials Letters》发表了一项创新性研究。该团队开发了紫外-C(UVC)辐照联合亚临界水萃取(SWE)的双重预处理技术，结合特异性PLA降解菌群EAc的生物强化策略，成功实现了食品堆肥系统中PLA废料的高效降解。研究结果表明，这种组合处理可使PLA在56天内的失重率达到42%，远高于自然堆肥的1%，为PLA废料的规模化处理提供了切实可行的解决方案。

研究采用了三项关键技术：首先通过UVC辐照(21 μW/cm²
)处理不同厚度的PLA样品(薄膜35 μm vs 杯子400 μm)，评估机械性能和分子量变化；其次采用亚临界水萃取(SWE)在120-160℃条件下对PLA进行水解处理；最后将SWE处理后的低分子量PLA(SWE_Mv5000
)用于诱导PLA降解菌群EAc(含Chitinophaga jiangningensis等4种菌株)产生活性酶，并将其作为生物强化剂应用于含食物废料的堆肥系统。

3.1. UVC辐照对PLA的影响
研究发现UVC辐照对薄PLA薄膜(35 μm)的破坏更显著：6小时辐照即可使拉伸强度完全丧失，而厚PLA杯(400 μm)需要10-12小时。分子量(M_v
)测定显示，12小时UVC处理使PLA薄膜和杯子的M_v
分别降至原始值的30%和60%。值得注意的是，仅薄膜表现出接触角降低(亲水性增强)，这解释了为何后续选择杯子进行SWE处理。

3.2. 亚临界水萃取对PLA的作用
在160℃、液固比10 mL/g的最佳条件下，SWE处理使PLA杯的M_v
从190,000急剧降至5,300(SWE_Mv5000
)，同时产生1.5%(w/w)乳酸。FT-IR分析显示处理后的PLA羰基峰(1747 cm^-1
)增强，表明聚合物发生重结晶。这种低分子量PLA成为理想的酶诱导底物。

3.3. SWE处理PLA作为酶诱导剂
将SWE_Mv5000
粉末用于培养EAc菌群时，第3天蛋白酶活性达到峰值(28 U/mL)，第5天酯酶活性最高(0.45 U/mL)，显著高于原始PLA培养组。FT-IR显示菌群处理后PLA特征峰减弱，证实了酶对聚合物链的有效切割。

3.4. 生物强化堆肥中PLA的降解
在添加食物废料的堆肥系统中，生物强化组(BA)接种含EAc的活性菌液后，56天后PLA失重率达42.45%，而自然衰减组(NA)仅1.12%。残留PLA分析显示：BA组大塑料(>0.5 cm)仅占16%，显著低于NA组(32.24%)；且BA组微塑料(0.3-0.5 cm)的M_v
(72,400-91,000)更低，表面侵蚀更明显。

3.5. 堆肥参数与菌群分析
BA组堆肥pH初期降至4.68(乳酸积累所致)，后期回升至5.43，表明有机酸被进一步降解。16S rRNA测序显示BA组菌群多样性更高，Firmicutes(厚壁菌门)和Proteobacteria(变形菌门)占主导。值得注意的是，EAc菌群中的Stenotrophomonas在堆肥后期丰度增加，与土著菌群形成复杂互作网络，这可能是降解效率提升的关键。

该研究通过UVC-SWE双重预处理结合生物强化堆肥，建立了PLA废料降解的新范式。创新性地利用SWE产物作为酶诱导剂，使PLA降解效率提升40倍以上。从应用角度看，该方法可直接整合到现有堆肥设施中，UVC灭菌箱和食品堆肥机均为市售产品，具有显著的商业化潜力。从科学价值看，研究首次阐明了低分子量PLA对降解酶的诱导机制，以及生物强化对堆肥菌群结构的调控作用。残留PLA微塑料的进一步降解潜力，也为解决"白色污染"提供了新思路。这项成果不仅为PLA废料管理提供了切实可行的解决方案，也为其他生物基塑料的降解研究提供了重要参考。