本发明涉及塑料降解方法，具体涉及一种利用鞘翅目幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法。
背景技术：
塑料从上世纪50年代开始被大规模生产，由于其具有良好的稳定性难以被生物降解而在自然环境中大量堆积。2016年，全球塑料制品总产量已经达到3.35亿吨，然而塑料不仅破坏、威胁着生态环境，近年来发现它们开始渐渐的进入食物链，破坏生物多样性，积累和传播着有害物质。因此，对塑料制品的高效降解技术的研究是现在应对塑料积累和污染问题研究的重点。塑料的处理手段从传统的焚烧填埋、机械回收与再利用，到强氧化剂氧化、热解及催化热解等物理化学手段破坏塑料物质结构，塑料的分解效率都不够理想，并且需要投加一些有毒有害的化学试剂，而相对环保的微生物处理方式，降解效率也普遍不高，而且投加功能菌剂的方式在实际应用中成本较高，这些都成为解决环境中塑料累积和污染问题过程中的限制因素。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现在塑料制品大量累积并难以被生物降解的问题，提供一种以鞘翅目黄粉虫及其肠道微生物在共代谢基质存在的条件下的塑料生物降解的方法。
本发明以鞘翅目黄粉虫及其肠道微生物菌进行塑料的生物降解过程。取黄粉虫数只置于温度为29±0.5℃、湿度为76-85％的条件下养殖，采用麦麸和秸秆粉作为辅助代谢营养物质与塑料混合喂食方式，实现塑料在黄粉虫肠道内高效降解的过程。
本发明利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法按下列步骤实现：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有鞘翅目昆虫幼虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述鞘翅目昆虫幼虫为黄粉虫。
步骤一所述黄粉虫为健康个体，且使用前空腹放置1-2d。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫中的一种或二种的混合物。
步骤一所述塑料为块状或粉碎过筛所得粉碎物；所述粉碎过筛，为过4-50目筛。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉或二者的混合物。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为1:1至2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为(0.2-2.0)g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为76-85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔1-4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为为(0.2-0.5)g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
有益效果
本发明利用黄粉虫及其肠道微生物的代谢作用来实现塑料降解的方法。昆虫的肠道环境是一个天然的微生态系统环境。这种天然的微生态环境能够自动调节使系统的各种环境因子都维持在非常稳定的状态，对于细菌来说这种稳定的状态非常利于其稳定生长，稳定的环境也利于目标菌群(塑料降解菌)的成功驯化。而生物体外人工构建的生态环境(温度、湿度、ph等环境因子)不具备天然微生态系统的适应性调节功能，无法达到天然微生态系统的高稳定性。另外，投加共基质可以为肠道菌在降解塑料的代谢过程中提供充足的细胞合成元素和小分子营养物，并且配合本发明提供的特定的投加比例，以及特定的培养温度/湿度，可以大大提高黄粉虫对塑料降解的效率。
本发明利用黄粉虫及其肠道微生物在共代谢基质存在的条件下降解塑料的方法，最高可以达到每100只昆虫30天喂养周期最高可消耗2.5gpe泡沫塑料或3.1gps泡沫塑料或3.4g二者的混合物。本方法相比单纯为黄粉虫提供塑料作为食物来源的方法，聚乙烯的减重量提高了275％，聚苯乙烯的减重量提高了155％；而在添加麦麸作为共代谢基质时，降解ps的黄粉虫存活率提高了12.5％，降解pe的黄粉虫存活率提高了62.5％。同时，选择麦麸或秸秆粉作为共代谢基质，成本低操作简单，此外，昆虫对外界环境的抵抗能力更强，比菌剂更容易存活，可以持续保证降解的效果。
具体实施方式
将清洁后的黄粉虫空腹放置2天，选择每100只生长健康的虫体作为一组置于干净的容器中备用，每个实施例或对比例取用一组。
本发明具体实施方式中使用的黄粉虫购置于黑龙江省哈尔滨大发花鸟鱼市场，平均虫长1～1.5公分，麦麸购置于云南昆明英英绿色农产品商店。
实施例1
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫。
步骤一所述塑料为边缘裁剪整齐的块状。
步骤一所述饲料为麦麸。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为1:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为0.2g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为76％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔1天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.2g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重2.3g。
实施例2
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫。
步骤一所述塑料为边缘裁剪整齐的块状。
步骤一所述饲料为秸秆粉。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为1.5:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为1.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为80％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔2天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.3g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重2.1g。
实施例3
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫。
步骤一所述塑料为边缘裁剪整齐的块状。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉的混合物，二者质量比为麦麸：秸秆粉为1:1。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为2.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.5g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重2.5g。
实施例4
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述塑料为聚苯乙烯泡沫。
步骤一所述塑料为边缘裁剪整齐的块状。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉的混合物，二者质量比为麦麸：秸秆粉为1:1。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为2.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.5g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重3.1g。
实施例5
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫的混合物，二者质量比为1:1。
步骤一所述塑料为边缘裁剪整齐的块状。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉的混合物，二者质量比为麦麸：秸秆粉为1:1。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为2.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为为0.5g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重2.8g。
实施例6
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉的混合物，二者质量比为麦麸：秸秆粉为1:1。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫的混合物，二者质量比为1:1。
步骤一所述塑料粉碎过筛所得粉碎物。所述粉碎过筛，为过4目筛。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为2.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.5g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重2.9g。
实施例7
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉的混合物，二者质量比为麦麸：秸秆粉为1:1。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫的混合物，二者质量比为1:1。
步骤一所述塑料粉碎过筛所得粉碎物。所述粉碎过筛，为过25目筛。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为2.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.5g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重3.1g。
实施例8
利用鞘翅目昆虫幼虫及其肠道微生物对塑料的生物降解方法：
一、将塑料与饲料混合均匀，所得混合物投加到盛有黄粉虫的容器中；
二、置于培养箱中培养；
三、在培养过程中补加饲料。
步骤一所述饲料为麦麸、秸秆粉的混合物，二者质量比为麦麸：秸秆粉为1:1。
步骤一所述塑料为聚乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫的混合物，二者质量比为1:1。
步骤一所述塑料粉碎过筛所得粉碎物。所述粉碎过筛，为过50目筛。
步骤一所述塑料与饲料的质量比为2:1。
步骤一所述饲料与黄粉虫的比例为2.0g/100只。
步骤二所述培养，培养温度为29±0.5℃。
步骤二所述培养，培养湿度为85％。
步骤三所述补加饲料，频率为每隔4天补加一次，每次补加量与原始黄粉虫的比例为0.5g/100只。
在培养过程中，每天清理黄粉虫的粪便、褪下的皮以及死掉的黄粉虫。
经过30天的培养周期后，统计塑料重量的减少量。塑料减重3.4g。
对比例1以微生物纯菌剂降解塑料的方法按下列步骤实现：
一、选取厚度为18μm的低密度聚乙烯(ldpe)薄膜，裁剪成2cm×2cm的规则正方形，用次氯酸钠溶液清洗1次，再用酒精清洗1～2次后，用无菌水清洗3～4次，放置在无菌环境下以待后续使用；
二、配置矿物盐液体培养基，取150ml置于锥形瓶中，高温高压灭菌锅中121℃条件下灭菌15min；
三、在无菌操作环境下，将吸光度为1.45的bacillussubtilis菌剂接种到灭过菌的150ml矿物盐液体培养基中；
四、并取5片步骤一准备好的ldpe薄膜，称量重量后投放到培养基中；
五、将步骤三得到的接种过的装有ldpe薄膜和矿物盐液体培养基的锥形瓶放置在摇床中，设置转速180rpm和温度32℃；
六、经过30天的培养，称量锥形瓶中剩余塑料薄膜的重量。
本对比例步骤二中矿物盐液体培养基的配方为：2gnano3，0.5gmgso4，0.5gkcl，0.01gfe2(so4)3，0.14gkh2po4，1.2gk2hpo4，0.02g酵母提取物，1l蒸馏水。
对比例2不添加共代谢营养物质的黄粉虫塑料降解的方法按下列步骤实现：
对比例2-1：与实施例3的区别在于：将饲养基质中的塑料替换为等质量的饲料。
对比例2-2：与实施例4的区别在于：将饲养基质中的塑料替换为等质量的饲料。
对比例2-3：与实施例8的区别在于：将饲养基质中的塑料替换为等质量的饲料。
实验结果
与对比例相比，黄粉虫及其肠道微生物在添加麦麸作为共代谢营养物质的条件下，30天的培养周期后pe的减重可达到2.5g，ps的减重达到3.1g。相比不添加共代谢营养物质的情况，在其他条件相同的情况下，pe的减重量提高了275％(实施例3比对比例2-1)，ps的减重量提高了155％(实施例4比对比例2-2)，ps+pe的减重量提高了319％(实施例8比对比例2-3)；同时，在添加饲料作为共代谢基质时，降解ps的黄粉虫存活率提高了12.5％，降解pe的黄粉虫存活率提高了62.5％。此外，与利用bacillussubtilis纯菌剂培养30天后ldpe薄膜减重量0.001g相比，单位时间塑料降解量有显著的提高；同时利用黄粉虫及其肠道微生物进行塑料降解的方法与利用微生物菌剂的降解方式相比，操作简单，耗时短，更加简便易于实现。