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科學家揭示：為什麼某些塑料無法被微生物消化？
隨著塑料污染日益嚴重，科學界對於塑料的生物降解能力展開廣泛研究。雖然有部分塑料產品已經添加可生物降解的添加劑，以提升其降解能力，但仍有不少合成塑料無法被微生物消化，這究竟是為什麼呢？
可生物降解的添加劑能允許微生物利用聚合物鏈內的碳作為能量來源，促進降解過程。
在塑料的結構中，有許多化學和物理性質影響著它們的生物降解性。大多數傳統合成塑料，如聚乙烯和聚丙烯，因其化學結構的特殊性，無法被微生物直接消化。這些塑料分子在自然環境中穩定性高，分解過程極為緩慢，可能需要幾十年，甚至幾個世紀。
直接消耗塑料碎片的微生物，面對較高分子量的聚合物時常常無法有效工作。
科學家指出，影響塑料生物降解的因素，有兩個主要機制：直接作用和間接作用。部分微生物可以直接消耗塑料片段，提取其中的碳。但這個過程受限於聚合物的分子量，亦即較大的聚合物分子更難被微生物消化。
直接作用與間接作用的機制
在直接作用的時候，某些特定的微生物如Brevibacillus borstelensis和Rhodococcus rubber已被證實能直接消耗聚乙烯。然而，對於其他較少應用的塑料，研究者們仍在探索是否有其他微生物能夠有效降解這些材料。
間接作用的過程中，微生物的酶會分解塑料，然後產生的小分子將成為微生物的能量來源。
間接作用是微生物分解化石基塑料的主要機制，這需要微生物的酶將塑料分解成更小的分子，例如寡聚物和單體。此過程提高了聚合物的親水性，使微生物能更容易地參與其中，從而進一步分解。
生物降解的環境條件
當然，微生物的生長和塑料的降解也與環境條件密切相關。在有氧條件下，微生物利用氧氣作為電子受體，最終產生二氧化碳和水。而在缺氧的條件下，微生物則會改用硫酸鹽、鐵、硝酸鹽等作為電子受體，產生的最終產物則包括甲烷。
可生物降解的添加劑
近日，科學家們發現多種可生物降解的添加劑可以改變塑料的內部結構和化學性質以提升降解效果。最常見的如澱粉，澱粉能被微生物直接消耗，並已被普遍應用於某些合成塑料的增強。例如，澱粉與聚乙烯的混合物可以顯著提高聚乙烯的生物降解性。
生物增強技術（bioaugmentation）的方法也成功地提升了塑料的降解率，尤其是在堆肥過程中。
此外，生物增強的技術通過添加特定的微生物菌株，來增進可堆肥塑料（如聚乳酸）的降解能力。這些微生物能與塑料表面結合，進一步促進其降解過程。
未來的挑戰與展望
然而，即使有這些可生物降解性的進展，科學家們仍然面臨許多挑戰。隨著塑料使用量的增加，找到一種能迅速且有效的降解塑料的方法顯得更為重要。當前的研究應著眼於如何縮短從數十年到數月的降解時間。而業界對於新型可降解添加劑的需求也在穩步增長。
可生物降解添加劑的使用，有潛力顯著減少環境中的塑料汙染。
整體而言，塑料的可生物降解性關乎人類的未來與環境的健康，科學家們的努力極為重要，因為只有持續創新和改善，才能真正解決這個全球性問題。这些挑战能否促使科学家在塑料研究领域取得突破，以保护我们的地球环境呢？
