廚余垃圾在生活垃圾中占比高達 59.3%。因為包含大量的有機物，具有很大的處理空間，因此，廚余垃圾處理得到廣泛關注，行業規模迅速發展，預計 2023 年中國規模將達 4700 億。
目前，中國廚余垃圾處理主要依靠填埋與焚燒，少數依靠厭氧消化、好氧堆肥、飼料化等方式。在碳中和與循環經濟背景下，這些方式在碳排放和利用率等方面仍存在很大不足。產生者付費原則下，傳統處理方式成本高，產物價值低，無法從根本驅動。
那么，能否將廚余垃圾升級處理為價值更高的產物呢？生物可降解塑料或許是一種更優的解決方案。
（來源：受訪者提供）
目前，美國的 Full Cycle 公司利用天然細菌驅動，將食物垃圾等有機廢物轉化為 PHA（聚羥基脂肪酸酯）；加拿大的 Genecis 公司開發微生物和發酵工藝，利用食物垃圾生產 PHA，已在推進其第一個產品 PHBV（3-羥基丁酸酯和 3-羥基戊酸酯的共聚物，PHA 的一類）的生產。
在國內，菌菌科技蘇州有限公司（以下簡稱菌菌科技）是目前唯一一家致力于利用工程化大腸桿菌將廚余垃圾轉化為生物可降解塑料的公司。菌菌科技于今年 3 月注冊成立，專門為生物可降解垃圾提供解決方案。
“在生物技術發展的推動下，越來越多的化學制造將被生物制造所覆蓋，這也意味著在生產原料方面‘與人爭糧’的問題將日益嚴重。國內曾因玉米儲備驟降而叫停乙醇汽油推廣計劃，因此我們希望用更加可持續性的原料進行生物制造賦能低碳環保行業。菌菌科技打造的從廚余垃圾到可降解塑料的生產體系無疑是更貼合我國國情的。”菌菌科技的創始人陳繁告訴生輝 SynBio。
▲圖丨菌菌科技創始人&CEO 陳繁（來源：受訪者提供）
陳繁博士就讀于德國慕尼黑工業大學生物化學系，導師為 Wolfgang Eisenreich 教授和諾貝爾獎得主 Robert Huber 教授。攻讀博士學位期間，陳繁致力于細菌、人體細胞的代謝組學和植物活性代謝產物的生物合成途徑研究以及應用，曾以訪問學者的身份到德國衛生部下屬的 Robert Koch Institut 交流學習。他先后主持數項德國研究基金會（DFG）與中國國家自然科學基金委員會、法國國家科學研究中心（CNRS）和墨西哥尤卡坦州科學研究中心（CICY）的合作項目。曾在德國聯合創辦基于代謝組學第三方診斷公司 M-Scout GmbH ，并負責企業研發與商務拓展。
從廚余垃圾到 PHB 的 24 小時全套處理方案
據陳繁介紹，菌菌科技已打造從廚余垃圾到目標高附加值產物的 24 小時內全套處理方案。方案對廚余垃圾進行高通量分析，基于分析結果調配適當的混合酶，將垃圾分解后調節其碳氮源比例以及磷酸鹽濃度、pH 值等，定制適配于不同工程菌生長的培養基。目前方案的主要是產物是 PHB（聚羥基丁酸酯，PHA 的一類）和單細胞蛋白質。
“整體來說，我們會將廚余垃圾降解成培養基的時間縮短至 6 個小時，發酵過程控制在 12 個小時，終端處理即收獲產物控制在 6 個小時，整體實現一套 24 小時的解決方案。而這也要求菌菌科技精確到每一個步驟。”
▲圖丨24 小時全套處理方案流程圖（來源：受訪者提供）
他具體說道，首先，菌菌科技根據廚余垃圾的漿液組成和光譜進行建模，這樣一來，能夠實時探測廚余垃圾的組分，計算出最佳的酶配方。未來，如果垃圾的組成有所改變，例如從廚余垃圾拓展至農業垃圾、花卉垃圾等生物可降解垃圾，也能夠及時修正加入的酶的比例或者后期補充的碳氮源的比例。
其次，獨家專利的基因編輯后的細菌產出極高且效率大幅提升。菌菌科技將一種革蘭氏陰性菌的 PHB 代謝通路轉入大腸桿菌中并進行改良，使其在更短的時間內完成目標化合物的生產。
除此之外，最關鍵的是菌種庫。除了內部構建的菌種庫平臺，菌菌科技還與慕尼黑工業大學有深度的合作。“未來會做類似于聯合研究中心的項目，與我的導師 Wolfgang Eisenreich 教授、諾貝爾獎得主 Robert Huber 教授等人在細菌以及酶配方上面進行深度合作。”
（來源：受訪者提供）
在團隊方面，發酵工藝負責人師從華東理工大學生物工程學院的莊英萍院長，擅長多組學整合分析，代謝工程改造，生物發酵工藝；分離工藝負責人為華東理工大學、慕尼黑工業大學聯合培養博士，擅長催化劑制備、反應工藝條件優化及放大、精餾分離技術開發及優化等相關工作；自動化負責人是法國巴黎十一大信息科學與技術博士，其參與研發的工業機器人及智能制造設備已在南京、無錫、泰州等地企業日常應用。
另外，菌菌科技邀請上海大學酈鑫耀教授擔任公司分離體系的技術支持；與江南大學吳世嘉教授合作創建菌菌科技-江南大學聯合研究中心，負責合成生物學產物的安全性評估。
主要產物為 PHB 和單細胞蛋白質
不過，陳繁也坦言道，目前整個體系還是分步式的，即幾個過程加在一起總共 24 個小時，尚未實現整合在一起的效果。
“未來我們會讓整個體系變得更加流暢，同時針對菌種進行更定向化的改造。具體來說，目前需要將垃圾變成培養基以后，調整它的碳氮源比例去適配某一款工程菌，之后將轉變方式，優化工程菌的產物合成路徑，更大限度地提高生產潛力。產物也將拓展至益生元、法呢烯、γ-癸內酯以及玻尿酸等更多高附加值產物。”他說。
目前，方案的主產物為 PHB，產量能夠達到干細胞質量的 70%~80%；其次為單細胞蛋白質，產量達到 10%~15%；剩下的部分是多聚糖、氨基酸，或者是脂肪酸等化合物。
PHB 擁有較好的物理延展性和熱穩定性。盡管如今利用細菌發酵生產 PHB 的技術比較成熟，但由于細菌培養需要較昂貴的發酵底物和消耗能源使其價格難以下降，無法與現今價格低廉的化學合成塑料競爭。
▲圖丨菌菌科技PHB成品（來源：受訪者提供）
“PHB 在當前市場上的售價約為 4~5 萬元/噸，而以我們公司小試規模來看，成本為 12000~15000 元/噸，未來隨著生產規模擴大，可能壓縮至 9000 元/噸。而且我們的 PHB 純度能夠達到 95% 以上。”
副產物單細胞蛋白作為動物飼料則有多項優勢。
“其一，蛋白含量超過 80%，傳統的大豆蛋白的蛋白含量僅為 43% 左右；其二，經過高溫滅菌過程蛋白已解旋，更易于動物消化；其三，多糖等其他產物帶來的甜味使其具有更好的適口性；其四，單細胞蛋白質作為我們的副產物，將具有更好的議價權。”
毛利潤將達約每噸數千元
在商業模式上，菌菌科技將以出售解決方案和耗材盈利。模式一，打包技術解決方案出售給大型環保公司，收益包括后期的耗材更新；模式二，將整套搭建體系的圖紙技術授權給第三方環保工程裝備公司，由他們負責幫其他公司搭建所需設備以及進行后期的維護。
“對于采購公司，初期我們會幫助其進行產品銷售渠道的對接”，他補充道，“整套體系帶來的高收益，將幫助采購者在 1~2 年時間內回本。”
傳統處理方式收益較低，且嚴重依賴于國家的補貼。目前國家對于廚余垃圾的清運以及處理，補貼費用約為 280 元/噸，在此基礎上，以厭氧消化方式為例，收益約 40 元/噸，也就是說，若無補貼作為前提，目前的處理方式可能每噸凈虧 200 多元。
“使用我們的解決方案處理廚余垃圾，毛利潤將達到每噸數千元，凈利潤也將較傳統方式增長幾十倍。”
（來源：受訪者提供）
在工業化上，菌菌科技正由小試向中試推進。據陳繁透露，目前公司正在進行第一輪融資，這筆資金將用于打造 500 公斤級別的樣機，預計半年左右完成。
菌菌科技希望兩年后打造出 5 噸級別的樣機，屆時將作為明星產品進行推廣。未來，整套方案將迭代擴大到 10 噸、50 噸，最終目標是達到 100 噸左右的體量。同時，也將從原料端、產品端不斷提升解決方案的完整性和可擴展性。
菌菌科技的愿景是使用合成生物學技術，以生物可降解垃圾作為原料生產高附加值產品，不僅是為了降低成本，更希望實現真正意義上的循環經濟、低碳經濟，積極響應國家“雙碳”政策。
