吸管，是生活中常見(jiàn)且經(jīng)常使用的物品。目前，市場(chǎng)上有塑料吸管、紙吸管和可降解聚乳酸吸管等。但塑料吸管可能需要幾百年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)完全降解，紙吸管在水中容易軟化，聚乳酸吸管耐熱性不夠好。因此，開(kāi)發(fā)出一種兼具優(yōu)異的力學(xué)和耐熱性能、不釋放微塑料的新型可降解吸管，成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)成員正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。管慶方攝

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)特任副研究員管慶方等，通過(guò)生物合成細(xì)菌纖維素并與海藻提取物海藻酸鈉復(fù)合的策略，研制出具有優(yōu)異性能的“可食用”細(xì)菌纖維素基吸管，為生物質(zhì)資源的有效利用提供了“新靈感”。

細(xì)菌纖維素變身“可食用”吸管

纖維素是生活中常見(jiàn)的一種天然多糖，是地球上最豐富的有機(jī)物。纖維素可以來(lái)源于植物，也能由細(xì)菌生產(chǎn)，即細(xì)菌纖維素。在食品行業(yè)中，細(xì)菌纖維素有一個(gè)大家更熟悉的名字——椰果。

“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，細(xì)菌纖維素就是細(xì)菌‘吃了’葡萄糖后分泌出的一種物質(zhì)?！惫軕c方透露，與植物來(lái)源的纖維素不同，細(xì)菌纖維素通過(guò)木醋桿菌合成，具有更高的純度和超精細(xì)三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)（不含木質(zhì)素和半纖維素），顯示出可食用、高強(qiáng)度和高含水量等特征。

“可食用”的吸管，是怎么制成的？“首先，將細(xì)菌纖維素壓制成薄膜，在薄膜表面引入一層薄薄的海藻酸鈉。作為一種可食用的天然多糖聚合物，海藻酸鈉穿透孔隙進(jìn)入薄膜的三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)，形成大量的氫鍵，從而形成牢固的連接?！惫軕c方介紹，緊接著將涂有海藻酸鈉的薄膜卷制成管，浸入乳酸鈣溶液中交聯(lián)。最后,經(jīng)過(guò)洗滌和干燥，可食用和可生物降解的細(xì)菌纖維素基吸管就“誕生”了。

“但這種可食用性并不等同于美味。”團(tuán)隊(duì)成員楊懷斌笑言。從研發(fā)過(guò)程可以看出，細(xì)菌纖維素基吸管的所有成分均來(lái)自天然的可食用原料，并且加工過(guò)程不涉及有機(jī)溶劑的引入，是一種安全可食用的吸管。由于三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)以及海藻酸鈉在三維網(wǎng)絡(luò)中的貫穿，讓這種吸管的強(qiáng)度、模量和韌性是紙吸管的兩倍以上。這就意味著，在同樣的性能要求下，細(xì)菌纖維素基吸管可以做得比紙吸管更薄。

有趣的是，“可食用”吸管還可以“添加”不同顏色和味道。團(tuán)隊(duì)成員劉兆祥介紹，通過(guò)在細(xì)菌纖維素的三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載可食用色素或天然植物提取物，可以將各種顏色和口味融入吸管中，提供更好的使用體驗(yàn)。目前，這種“可食用”吸管已申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利。

朝著更安全環(huán)保的方向邁進(jìn)

綠色發(fā)展是高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。研發(fā)更多可持續(xù)綠色環(huán)保材料，助力低碳綠色發(fā)展，是俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期關(guān)注研究的課題之一。

如何獲取安全環(huán)保高性能新材料？團(tuán)隊(duì)將目光投向自然界，從灌木、秸稈等天然植物中提取納米纖維素，加工成其他材料，做出可降解的塑料替代品，這樣原料成本更低，甚至可以變廢為寶，一舉兩得。

“細(xì)菌纖維素基吸管是納米纖維素研究的一個(gè)延伸和拓展?！惫軕c方說(shuō)，這也體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)一直以來(lái)材料研究的思路和理念，一方面基于納米纖維素本身的環(huán)保性，將其延展應(yīng)用到與生活貼近的場(chǎng)景中，如包裝材料、吸管；另一方面則是把納米纖維素制成高端電子器件。

細(xì)菌纖維素基吸管的研發(fā)，并非一帆風(fēng)順。楊懷斌透露，從椰果壓制成膜再成管，很多工藝制備問(wèn)題需要不斷解決，如將一個(gè)含水量90%的椰果壓制成高性能薄膜，就是團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)面臨的眾多難題中的一個(gè)?；谇捌诜e累的豐富經(jīng)驗(yàn)，他們快速找到了相對(duì)“靠譜”的方法，然后經(jīng)過(guò)上百次的調(diào)試，研發(fā)團(tuán)隊(duì)找到了相對(duì)穩(wěn)定的參數(shù)，成功制成細(xì)菌纖維素基吸管。

這種新型吸管對(duì)于環(huán)境十分“友好”，不僅“可食用”，在環(huán)境中也能快速降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何負(fù)面影響。實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)菌纖維素基吸管埋入土壤15天后，就會(huì)破碎成大塊，45天后變小，幾乎消失；大約60天后，就能完全融入土壤中。

在成功研發(fā)“可食用”吸管的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)目前正在研發(fā)一次性刀叉等餐具。管慶方表示，他們未來(lái)還會(huì)有類(lèi)似細(xì)菌纖維素基吸管的一系列研究，讓與生活息息相關(guān)的材料朝著更環(huán)保安全的方向發(fā)展。

走進(jìn)生活依然面臨多重挑戰(zhàn)

全球每年制造約3億噸塑料產(chǎn)品，其中很大部分為一次性塑料制品。大量的研究表明，塑料制品在使用過(guò)程中會(huì)持續(xù)釋放微塑料，威脅人類(lèi)健康。2020年1月，國(guó)家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，明確提出“到2020年底，全國(guó)范圍餐飲行業(yè)禁止使用不可降解一次性塑料吸管”?！翱墒秤谩蔽艿恼Q生，讓人們對(duì)其產(chǎn)業(yè)化以及最終替代塑料吸管充滿(mǎn)期待。

在業(yè)內(nèi)，用微生物輔助合成“可食用”吸管尚屬首次。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，由于可借鑒模式的不多，這樣一個(gè)全新的成果如果想要真正走進(jìn)生活，依然面臨多重挑戰(zhàn)。比如，企業(yè)的“生產(chǎn)線”不同于實(shí)驗(yàn)室的“生產(chǎn)線”，僅就生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)試就需要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。團(tuán)隊(duì)成員透露，就吸管樣品本身性能而言，也需要不斷提升和優(yōu)化。

高性能結(jié)構(gòu)材料，高霧度柔性透明薄膜，新型仿生手術(shù)縫線……目前，俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)圍繞細(xì)菌纖維素，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里做出了諸多高性能的“神奇”樣品。管慶方表示，細(xì)菌纖維素是一個(gè)應(yīng)用前景廣闊的材料，未來(lái)可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域，帶來(lái)無(wú)限可能。（桂運(yùn)安王敏）