簡曉琳、蔡依庭、曾維崧、劉啟德 / 臺灣大學生物科技研究所
現今全世界每年產生4億噸以上的塑膠，有鑒於大量的塑膠製品被不當丟棄，而對環境造成嚴重且長遠的負面影響，已有許多國家結合禁用與收費方式以抑止不同類型的一次性塑膠之使用，並對生產傳統不可降解之塑膠產品加徵稅賦或是直接訂定使用禁令；另一方面，也積極鼓勵生物可分解塑膠原料製品的開發與使用，期能降低對環境的衝擊。塑膠依其原料來源分成石油基及生物基兩大類，不管是何種來源，可被微生物分解或降解的塑膠均稱為生物可分解塑膠。本研究團隊利用平板培養基快篩平台，從台灣各地的土壤中篩選出多株在常溫(25˚C)條件下即可分解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)系列塑膠的潛力菌株。其中從屏東萬丹土壤所分離出的真菌菌株Aspergillusfumigatus L30，在兩星期內可降解重量約百分之二十的PBSA塑膠薄膜，與文獻上已知的A. oryzaeRIB40分解菌株相較，具有更顯著的分解效率。後續除將進一步探討該潛力菌株在陸地環境分解PBS系列塑膠產品的應用性外，也將評估生分解過程中對於生物與非生物環境造成的影響。
【內文精選】
前 言
塑膠為全球工業製造與民生需用的重要高分子材料。塑膠的大規模生產可回溯到二次世界大戰後，非軍事用途的塑膠產品開始被大量製造，年產量從1950年的230萬噸急遽上升到2020年的4億公噸左右，其中最大宗用途是作為包裝容器材料，約占整體塑膠產業的26%。然而，廢棄的塑膠中僅約9%可被完全回收，30%則是焚燒處理，其餘60%以上是被堆棄在垃圾掩埋場甚至是自然環境中，預估至2040年將會累計13億噸以上的廢棄塑膠被丟棄在陸地與海洋環境中。有鑒於大量的塑膠製品被不當丟棄而對環境造成長遠重大的負面影響，已有許多國家結合禁用與收費方式，藉以抑止不同類型的一次性塑膠之使用，並對生產傳統不可降解之塑膠產品加徵稅賦或是直接訂定使用禁令；另一方面，也積極鼓勵生分解塑膠(Biodegrade Plastic)原料製品的開發與使用，期能降低對環境的衝擊。
圖三、塑膠生物分解的四個主要階段
從環境中篩選可分解塑膠的潛力微生物
常見方法為先將土壤、底泥或海水等環境樣本懸濁後均勻塗抹在含有欲分解之高分子聚合物(塑膠)平板培養基上，藉由觀察分解圈來判斷該樣本中是否具有分解能力的微生物存在，再進一步將潛力菌株分離純化；另外也可在不含有碳源的平板培養基貼附所欲分解之塑膠薄膜，觀察薄膜周圍是否有微生物菌落生成，若有則可推估該微生物可利用此種塑膠作為其營養源供生長所需。
本研究團隊先前利用平板培養基快篩平台(Plate Screening)欲從土壤中分離可降解PBS、PBSA、PBAT或PLA等塑膠的潛力微生物，其試驗流程如圖四所示。我們分別從彰化縣秀水鄉的番茄農田、台灣大學生農學院試驗田以及新北市新店溪河濱農地採取土壤樣本，以蒸餾水懸濁後塗抹在以上述塑膠原料作為主要碳源的平板培養基上。各種塑膠原料顆粒先經乳化後添加至含有洋菜膠的基礎培養基(Basal Medium)中，待凝結成為固態平板培養基(Agar Plate)。將土壤懸濁液均勻塗抹在塑膠平板培養基上，參考國際測試標準ISO-175565的試驗條件放置於25˚C環境中培養，數日後觀察培養基上是否有透化溶解圈(ClearZone)形成，若有則推測該土壤樣本中含有可降解標的塑膠原料的微生物。接下來將形成透化溶解圈的菌落以分區劃線法(Streaking Method)於新的塑料固態培養基上進行菌落分離步驟，至確認單一菌落具有分解圈為止。最後將完成單離的菌株進行菌種分子鑑定，並以甘油保存在-80˚C冰箱或液態氮槽中長期保存。由實驗結果得知，在上述三處供試農地土壤中均有可降解PBS及PBSA塑膠的微生物存在(圖五)。
圖四、利用平板培養基篩選塑膠分解潛力菌株之試驗流程
評估單一潛力菌株的塑膠降解效果
為了量化分離菌株降解塑膠的效果，會將潛力菌株與高分子聚合物薄膜或是塑膠成品進行共同培養以評估分解能力。因培養過程不添加或僅添加少量碳源，故分離菌株僅能利用標的塑膠作為主要碳源。常見的分解能力評估方式包括：①直接測量降解過程中聚合物的重量變化；②以電子顯微鏡觀察聚合物表面受到微生物侵蝕或降解程度，並同時量測降解過程中聚合物的物性，例如…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》418期，更多資料請見下方附檔。