文章核心观点 - 天津大学与新加坡科技研究局团队在《Biotechnology Advances》发表综述 系统总结了PET酶解技术及降解产物高值化转化的最新进展 为PET生物升级回收产业化提供关键参考[2] - 全球PET污染问题严峻 2022年产量达8810万吨 传统回收方式存在局限性 生物回收凭借温和反应条件、低能耗和环境友好优势成为研究热点[3][4] - PET酶解依赖羧酸酯水解酶催化 通过酶工程、底物预处理、产物抑制缓解及反应条件优化可显著提升酶解效率[5][8][14] - PET降解产物TPA和EG可通过代谢工程转化为高附加值化学品 显著提升生物回收经济性 包括聚羟基烷酸酯、香兰素、己二酸等高价值产品[17][18][23] - 生物升级回收策略具有环境友好特性 能减轻塑料废弃物对环境的影响 促进废弃物资源化利用[28] PET酶解催化机制 - PET酶解依赖羧酸酯水解酶催化 主要包括角质酶、脂肪酶和Is PETase 其中Is PETase能在常温下高效降解PET薄膜[5] - 水解过程依赖丝氨酸-组氨酸-天冬氨酸催化三联体 经历酰化与脱酰化两个步骤：酰化步骤形成酰基-酶中间体 去酰化步骤分解为TPA、MHET、BHET等羧酸产物[5][7] 提升酶解效率策略 - 酶工程通过提升热稳定性和优化酶-底物亲和力增强催化活性 PET的玻璃化转变温度约65-71°C 反应温度控制在Tm以下15°C可维持酶活性[8][9][11] - 底物预处理通过物理、化学和生物方法改变PET物理特性 包括球磨降低结晶度至30% 熔体处理使结晶度降至30% 微波预处理使TPA+MHET信号强度提高1400倍[14][15] - 产物抑制缓解采用多酶协同体系与产物移除策略 反应条件优化包括离子浓度、搅拌速率、pH值和酶浓度等参数调控[15] 降解产物高值化转化 - TPA可通过微生物代谢转化为聚羟基丁酸、香兰素、己二酸等12种高附加值产品 其中β-酮己二酸产量达15.1 g/L 没食子酸转化率达87.5%[18][23][24] - EG通过乙醛酸中间产物进入中心代谢途径 可转化为乙醇酸、酪氨酸等产品 酪氨酸产量达2 g/L 乙醇酸转化率达100%[20][23][24] - 经济性分析显示TPA价格194美元/公斤 EG价格167美元/公斤 转化产物中香兰素价格达406美元/公斤 酪氨酸价格达919美元/公斤[24] 生物转化方法 - 三种主流转化方法：水解产物分离纯化后转化、降解与转化同时进行、直接使用降解反应液转化 需根据TPA与EG理化性质选择合适路线[25] - 直接利用PET水解液可节省能耗和缓冲液 但需优化反应条件兼容性 生物转化过程需考虑能源和物料成本[25][28] 未来发展展望 - 需构建高效水解酶 通过提高催化活性和热稳定性优化酶性能 同时改善PET结晶度、粒径等底物性质[27] - 应评估目标产物转化效率和经济价值 避免低附加值产物影响经济可行性 系统层面需关注底物无定形化、酸碱消耗减少等工艺创新[16][28]