撰文 / 劉琪 何文清*（中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所） *表示通訊作者

相信很多人都喜歡吃玉米，其實，不僅我們人類愛吃，很多動物也把它當作美食。但你知道嗎？除了作為糧食和飼料，玉米還是重要的工業原料，常被用來加工成玉米澱粉、玉米胚芽油、無水乙醇等，具有極其豐富的用途。更為神奇的是，利用科學“魔法”，我們還可以把它變成塑膠呢！

無處不在的塑膠汙染

生活中，我們會不可避免地使用到塑膠製品，它給我們帶來諸多便利。但是，各種包裝袋、購物袋、塑膠餐具、飲料瓶、農用地膜、醫療用品等一次性的塑膠製品，如果在使用後沒有得到妥善回收和處置，就會對人類和動物的生存環境構成巨大的威脅。

如今，近年來，隨著科學技術的進步、環境管理和人們環保意識的增強，許多國家和地區逐步推出“限塑令”，生物降解塑膠的研究和應用也隨之得到長足發展。

玉米如何變成聚乳酸

在眾多生物降解塑膠中，科研人員是如何給玉米“施展魔法”，讓玉米變成聚乳酸的呢？其實，聚乳酸是由單個的乳酸經過一系列化學過程聚合而成的，這個過程就像是成百上千的小朋友在較短時間內手拉手連起來一樣。

其實，用於合成聚乳酸的乳酸來源十分廣泛，由於發酵得到的乳酸中常含有微量甲酸、乙酸、乙醇或富馬酸等雜質，它們就像是緊抱雙臂拒絕拉手的“小淘氣包”一樣，會造成聚合反應的終止。因此，往往需要進行純化去除這些副產物，才能完成聚乳酸的生產。

化學合成聚乳酸困難重重

那麼，我們可不可以用化學合成的方法獲得乳酸，再生產聚乳酸呢？答案是很難。

這裡需要介紹一下一對手性化合物就像是鏡子內外的物品，亦如人的左右手，從大拇指到小拇指的次序相同，但左手是從左向右，右手則是從右向左，左右對稱。乳酸是自然界中最小的手性分子，包括左旋型L-乳酸和右旋型D-乳酸。

若想得到聚乳酸，通常要求L-乳酸的佔比要大於96%，即D-乳酸含量要小於4%。然而，化學合成的乳酸往往只能得到兩者比例為1∶1的混合物，因此很難透過化學合成獲得生產聚乳酸所需要的乳酸原料。由此，玉米等天然生物質就成為獲得高L-乳酸的主要原料來源。

玉米透過光合作用，利用太陽光能將二氧化碳和水合成澱粉，玉米澱粉經過前面我們提到的一系列過程變成聚乳酸，再經過塑膠加工過程獲得聚乳酸製品，在其使用後透過堆肥等過程最終變回二氧化碳和水。

聚乳酸是有利於實現碳達峰、碳中和目標的環保材料。從全生命週期角度看，在當今全球變暖的大背景下，合理利用聚乳酸是減少資源消耗和溫室氣體排放的一種有效途徑，也是符合中國“雙碳”目標的一項舉措！

聚乳酸那些你意想不到的用途

目前，聚乳酸常用於包裝袋、購物袋、農用生物降解地膜、紡織纖維和一次性餐具等物品的生產。除了日常的一次性塑膠製品，聚乳酸還有很多“高階”用途。在生物醫學工程上，可用作手術縫合線、骨釘和骨板等，這些材料可以緩慢水解為乳酸而被身體代謝掉，免去拆線和二次手術的麻煩與風險。此外，聚乳酸還可以用於生產形狀記憶聚合物、3D列印材料、汽車配件、電子產品、建築材料、美容整形產品等。

聚乳酸產品廢棄物處理方式有多種，包括堆肥、自然分解、焚化處理等，也可以再生利用，還可以轉化為丙交酯、丙氨酸進行高值化利用。

本文相關工作受到國家重點研發計劃專案（2021YFD1700700）和國家自然科學基金專案（42007312）資助。

本文來自《知識就是力量》雜誌，原標題《玉米的“變身”》，作者劉琪、何文清，有刪改，原創作品轉載請註明來源。