回收廢紙可以做什麽(me) ？也許大家都知道：可以再造一種紙呀!
然而，答案或許並不如此簡單。在不久的將來，我們(men) 隨手丟(diu) 棄的一張廢紙，也許能給汽車加油，還能讓果汁更好喝，甚至能讓衣服更加光滑鮮豔......

“變廢為(wei) 寶”的本領這麽(me) 強大，這是真的嗎？科學家們(men) 已經在實驗室裏給出了證據。

Part.1

廢紙去哪兒(er) 了？

我們(men) 的現代生活離不開紙。想想我們(men) 洗完手用的擦手紙，各種辦公學習(xi) 用紙，還有電商購物節時像小山一樣的快遞包裹，我們(men) 每個(ge) 人都是“廢紙生產(chan) 大戶”。

據統計，作為(wei) 城市固體(ti) 垃圾和造紙工業(ye) 廢棄物的主要成分之一，全球每年廢紙的產(chan) 量高達4億(yi) 噸！真是觸目驚心！圖：生活中產(chan) 生的廢紙（圖源| pixabay）

隱隱的慚愧之餘(yu) ，勉強安慰自己，廢紙還可以回收再利用嘛。可是你知道嗎，理論上我們(men) 可以將廢紙循環利用6-7次，但隨著利用次數的增加，廢紙纖維的質量降低，以及受到填料添加等因素影響，隻有50-56%的廢紙能被回收利用。

剩餘(yu) 的廢紙通常通過地下填埋、堆肥和焚化的方式處理。這種粗獷的處理方式不僅(jin) 對地下水資源帶來了威脅，而且由於(yu) 焚燒造成的溫室氣體(ti) 排放對環境也是一種嚴(yan) 峻的挑戰。
因此，如何充分利用廢紙資源並防止對環境造成汙染，是世界各國都非常重視的問題。科學家們(men) 也在不斷探索廢紙資源的高值化利用新途徑。

Part.2

纖維素酶本領大

千萬(wan) 別小瞧這些廢紙，它們(men) 可都是“潛力股”。廢紙的纖維素含量高，價(jia) 格低廉，原料來源廣泛易獲取，生產(chan) 量很大，這些特點使廢紙具有非常好的開發應用潛力。

科學家們(men) 的腦洞總是很大：既然廢紙中也含有高含量的纖維素，那麽(me) 它能否用以纖維素酶的發酵生產(chan) 呢？

纖維素酶最早發現於(yu) 蝸牛的消化液中，是一組能夠將纖維素類底物特異性水解成葡萄糖等單糖的複合酶係總稱。

這個(ge) 概念聽起來很學術，但其實離我們(men) 的生活特別近。近年來，隨著科技的進步和社會(hui) 的發展，纖維素酶已經成為(wei) 繼澱粉酶和蛋白酶之後的全球第三大工業(ye) 用酶製劑！它被廣泛應用於(yu) 生物能源、食品、造紙、紡織洗滌、醫藥、動物飼料以及農(nong) 業(ye) 廢棄物處理等領域。

比如，生物質纖維素通過纖維素酶水解和微生物發酵可生產(chan) 生物燃料乙醇，它可以單獨或與(yu) 汽油按一定比例混合成乙醇汽油作為(wei) 汽車燃料，有效減少化石能源的消耗；在果汁飲料的加工生產(chan) 中，纖維素酶可以顯著提高果汁的提取效率，同時還能讓果汁更加清澈透明；纖維素酶產(chan) 品還能有效去除衣物上由於(yu) 長時間磨損而產(chan) 生的微纖維，使衣物光滑潔淨，色彩更加鮮豔。圖：纖維素酶簡介（圖| 董妙音）

在纖維素酶發酵培養(yang) 中，需要加入纖維素類碳源，才能誘導纖維素酶蛋白的大量合成分泌。目前，發酵生產(chan) 纖維素酶所用的碳源一般為(wei) 微晶纖維素或農(nong) 作物秸稈。

然而，產(chan) 酶菌株生產(chan) 性能不佳、發酵成本高昂等問題，成為(wei) 製約纖維素酶行業(ye) 快速發展的主要瓶頸。

如果能用廢紙進行纖維素酶的發酵生產(chan) ，不僅(jin) 能降低成本，還能高效利用廢紙資源，可謂一舉(ju) 多得！此前也有學者進行過相關(guan) 嚐試，但研究結果並不理想。如果想要規模化應用，還需要對發酵菌株進行改良或對發酵工藝做進一步的優(you) 化。

Part.3

廢紙高值化利用新思路

雖然困難重重，但一項新的研究證實：利用廢紙資源進行發酵生產(chan) 纖維素酶，是有效且可行的！這項研究發表在環境科學領域的《清潔生產(chan) 雜誌》上，由中國科學院近代物理研究所王曙陽研究員團隊完成。

研究者們(men) 利用重離子束誘變選育的長枝木黴突變菌株LC-M4進行廢紙碳源發酵產(chan) 酶，並選用了辦公廢紙、餐巾廢紙、雜誌紙和硬紙板紙進行試驗，結果發現，硬紙板紙發酵的產(chan) 酶效果最好。圖：本研究中用到的不同類型的廢紙。A：辦公廢紙；B：餐巾廢紙；C：雜誌紙；D：硬紙板紙（圖| 董妙音）

為(wei) 什麽(me) 廢紙適合被用來發酵產(chan) 酶呢？通過研究廢紙的結構表征，研究者們(men) 發現，除了含有高含量的纖維素，造紙過程中添加的碳酸鈣等填料可以為(wei) 菌株生長和產(chan) 物合成提供營養(yang) 元素，因此對發酵過程有促進作用。

圖：不同類型廢紙結構表征結果。左：SEM（×1000）和EDS能譜測定結果（A, 辦公廢紙；B, 餐巾廢紙；C, 雜誌紙；D, 硬紙板紙）；右：XRD（10-50◦）測定結果（圖| 董妙音）

為(wei) 了進一步提高產(chan) 酶效果，研究者們(men) 選用硬紙板紙和麩皮進行混合碳源發酵。麩皮作為(wei) 一種農(nong) 業(ye) 加工副產(chan) 物，含有一定量的可溶性纖維寡糖成分，能夠有效誘導纖維素酶和半纖維素酶的分泌。

研究者們(men) 驚喜地發現，這種混合碳源比硬紙板紙作為(wei) 單一碳源的產(chan) 酶能力還提高了不少！其中，β-葡萄糖苷酶活提高了56.86%，木聚糖酶活較目前廣泛應用的微晶纖維素碳源發酵酶活提高了16.51%。這些結果都高於(yu) 此前同類研究報道的發酵酶活。

除了優(you) 異的發酵效率，使用隨手可得的廢紙作為(wei) 碳源進行纖維素酶生產(chan) ，成本隻有微晶纖維素碳源的十分之一左右，大幅降低了產(chan) 酶成本。不僅(jin) 如此，整個(ge) 過程操作簡單，綠色環保。

變廢為(wei) 寶，未來可期！這項研究為(wei) 廢紙資源高值化利用新途徑的開發奠定了實驗基礎。如果能將其推向市場，將對解決(jue) 城市廢紙資源管理問題、加快實現減汙降碳和推動區域經濟高質量發展具有重要意義(yi) 。

不過話說回來，雖然廢紙資源有望被我們(men) 有效轉化利用，但是我們(men) 也要節約用紙，保護樹木，這樣才能讓我們(men) 共同的地球家園更加美麗(li) 哦~

來源：中科院近代物理所

作者董妙音 王曙陽

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