目前，英国公司Xampla正使用植物蛋白制造液体树脂，用于转换成各种产品。

这项核心技术适用于多种应用：包裹洗碗机片剂和洗衣粉的可溶性薄膜；含有用于个人护理和家居产品的香味或保护食品和饮料中的维生素的微胶囊；用于烹饪食物的可食用薄膜包装纸等。

该产品是为数不多替代塑料的植物蛋白解决方案。经过长达15年的技术研发，Xampla计划在未来12个月内迅速扩大生产规模，从试点工厂开始。

除了该项目之外，塑料还可以用哪些植物基替代？最新的研究有哪些？

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豌豆蛋白解决方案

欧洲2025年将禁止使用微塑料，预计该市场将迎来更多需求，以取代隐藏在产品中的微小塑料珠。

Xampla业务发展经理Stanley Mitchell表示，之所以选择这种蛋白质，因为它价格实惠、可扩展且属于食品级。事实上，可使用多种植物蛋白，包括植物废料或副产品材料，目前正探索将后两者用于非食品级应用。非食品级材料已被证明在多种应用中表现良好。例如，蚕豆壳中的蛋白质和马铃薯蛋白（淀粉提取的副产品）可用于薄膜包装和化妆品应用。

Xampla生产的树脂可以配制成与特定应用中塑料的关键属性相匹配。例如，薄膜树脂可以配制为与溶解度、热封能力、溶剂密封能力相匹配，并且可以设计成与低密度聚乙烯薄膜具有相同的强度。

替代材料的高生物降解性主要是蛋白质，其化学性质较为稳定，且环境中的微生物可以消化它。而采用传统的化学改变需要切割分子，将它们连接到其他化学物质，或将分子连接在一起，这会增强它们但会降低生物降解性。

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蛋白替代塑料的原理

为了开发能够提供与塑料类似的性能水平材料，Xampla受到了自然界中一些性能高的材料启发，例如蜘蛛丝。然后，通过研究发现蛋白质是自然界中丰富的材料之一，可以通过工程设计生产与合成材料具有相似性能的材料，但会在环境中完全生物降解。

具体的工作原理是将植物蛋白放入装有水和有机酸的加工容器中，加热和冷却，从而产生具有相同化学成分的新结构，可以倒入任何下游加工技术中。通常，废蛋白质流的生产量很大，但它们分散在许多地方，因此该团队正在寻求与创建流的合作伙伴共同进行树脂生产。

对于微胶囊或种子包衣等特殊应用，Xampla正朝着商业化方向发展，但薄膜树脂生产规模可能需要更长的时间。然而，相信这项技术具备提供可扩展、完全快速生物降解解决方案的所有要素，因为它依赖于广泛可用的原料，并且不需要具有挑战性的加工条件。

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新研究

1.植物胶水？

2021年11月30日消息，近日，北京林业大学研究成果以“High performance and multifunctional protein-based adhesive produced via phenol-amine chemistry and mineral reinforcement strategy inspired by arthropod cuticles”为题登上Chemical Engineering Journal（影响因子：13.273）。论文第一作者为张一博士，通讯作者为木材胶黏剂团队高强教授，北京林业大学为唯一完成单位。

为解决植物蛋白胶黏剂存在的脆性大、功能性差等问题，受自然界中节肢动物角质层强化机制的启发，材料学院木材胶黏剂团队通过构建酚胺交联结构协同矿物强化，开发出一种强、韧、多重功能性的植物蛋白胶黏剂并用于制备木质复合材料。该胶黏剂展现出优异的胶接性能，同时具有良好的防霉和阻燃性能。这种高效、环保、低成本的仿生设计策略在水下胶黏剂、水凝胶、复合材料增强与功能化改性方面具有潜在应用。

2.日企研发植物原料的树脂

利用不适合食用的植物或油来开发塑料的研究越来越多。日本王子控股（HD）最早将于2025年开始量产以木材为原料的塑料。为了实现脱碳化，大豆等一直是石油的代替原料 。希望未来的原料比这些食用植物成本更低。木材原料还有助于兼顾粮食短缺和全球变暖对策。

王子控股计划使用作为造纸原料的木屑来量产这种名为“聚乳酸（PLA）”的塑料。预计将用于食品包装膜等用途，最早2023年就开始提供样品。正在考虑最早在2025年之前向米子工厂（鸟取县米子市）投资100多亿日元，以实现2万～3万吨的年产能。

在以植物为原料的塑料中，PLA在生产过程中排放的二氧化碳较少，据说用木材量产PLA尚属全球首例。从碎木片中提取植物纤维，利用酶分解，再使用乳酸菌使其发酵，制成中间原料。然后使中间原料发生反应生成塑料。包括成本在内，已经找到了发酵等的最佳条件。

普通PLA的价格是每公斤300～350日元左右，是源自石油的树脂（聚乙烯）的约两倍。王子控股将发挥可部分使用造纸设备的优势，争取使价格降到与以往的PLA同等或更低的水平。据称，已经有包装材料制造商前来咨询。

王子控股认为，如果在源自石油的薄膜中混入新的PLA，就可以抑制成本上涨，抓住重视环保的企业的需求。据称，如果销量增加，就能通过量产效果使价格进一步降低。日本国内的纸张需求减少，碎木片与大豆等相比，价格稳定，使用方便。

源自植物的塑料被称为“生物质塑料（植物树脂）”。王子控股认为，废弃后焚烧处理产生的二氧化碳可与植物在成长过程中吸收的部分相互抵消。因此，与源自石油的塑料相比，新产品的温室效应影响较小。今后将考虑可持续发展，使用森林木材。

聚乳酸因环境负荷较小而受到关注。据美国调查公司Grand View Research预测，到2028年，聚乳酸的全球市场规模将超过目前的两倍，达到18.2亿美元。

3.德国科学家用玉米爆米花取代塑料泡沫

德国乔治-奥古斯特大学（也就是哥廷根大学）的科学家，教授Alireza Kharazipour研发出一种用玉米爆米花制作的材料，用于替代膨胀的聚苯乙烯(EPS)泡沫。

这种玉米爆米花泡沫吸热性比EPS好，易燃性更低，更可贵的是使用结束可以用于作为动物饲料，甚至沤肥使用，燃烧也没有聚苯乙烯那种有毒有害气体产生。

Alireza Kharazipour教授团队研发的玉米爆米花泡沫不仅有聚苯乙烯耐热，保温，可降解等一系列特点，还有更重要的是成本便宜。

从石化企业出来的聚苯乙烯为了方便运输都是颗粒袋装的，到终端工厂再制作成泡沫，价格1万多每吨。如今新材料使用玉米，市场上一吨也就2500元左右，来源广泛，产量巨大，能减少很多成本。

该技术把玉米粒切成颗粒，然后使用加压蒸汽使其膨胀，就成为爆米花了。之后用一种源于植物蛋白的粘接剂跟膨胀的颗粒混合在一起，然后把混合物压入一个模具。等到粘接剂固化，这些材料就可以取出备用了。可以生产成片状，条状，或者需要的形状。

据说该技术已经授权给德国的Bachl集团，把该技术走向商业，未来可能先用于生产建筑绝缘材料。这种材料可以用于保护缓冲，绝缘等，以后大面积使用必定是大势所趋。

4.更多研究

法国道达尔能源(Total Energies)与荷兰化学公司Corbion的合资公司、美国化学公司Nature Works等企业也在生产聚乳酸。中国也有企业在生产，日本化学进口商High Chem正从安徽丰原集团进口聚乳酸。

普通植物树脂利用玉米和芋头等的淀粉来制造。据推算，制造1吨聚乳酸需要大约1.5吨淀粉，简单计算需要4.7万根玉米。

联合国的调查结果显示，2020年有7.2亿～8.11亿人面临饥饿，比2019年增加了大约1.6亿人。据日本农林水产省预计，随着人口增加，全球粮食需求将达到58亿吨，是2010年的1.7倍。

随着气候变化等，食品匮乏越来越严重，将食用植物用作工业原料会遭到批评。意识到这一点，企业纷纷开始利用不适合食用的植物材料来生产塑料。

荷兰大型化学企业DSM利用工业蓖麻油与以木屑为原料的浮油（tall oil）混合而成的原料来制造植物树脂。目标是代替汽车零部件等使用的“尼龙66”。从原料到塑料产品被废弃的生命周期（LCA）中，二氧化碳排放量只有尼龙66的大约10%。

三井化学已开始在大阪的工厂以废弃植物油为原料生产植物树脂。将原料从“石脑油”换成了植物原料，通过芬兰能源企业耐思特(NESTE)和丰田通商采购以废植物油为原料的石脑油。据说在整个生命周期中，排放的二氧化碳比以石油原料减少9成。

文章来源： 植提桥大健康，北京林业大学本科招生办，日经中文网，坚果甜瓜