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图片说明：鲜榨橙汁——可再生化学物质研究的新机遇。 图片来源：Andrés Nieto Porras/Flickr 当今世界的日常运行几乎完全依赖于由不可再生的化石燃料及其衍生物制造的材料及化学产品，因此各国都在积极研究能够作为可持续发展能源的可再生化学原料，如蔗糖、脂肪酸这样的生物燃料，而橙皮中富含有效化学物质的精油则是最新也最受瞩目的研究成果之一。 柠檬烯——全能的新原料 从橙皮中提取的精油由95%的柠檬烯（limonene）分子构成，柠檬烯是一种分子式为C10H16的无色液状碳氢化合物，它的液态性质及沸点都与从化石燃料中提取的化合物相似，因此，用于化石燃料加工的技术可以直接用于柠檬烯的加工。通过研究柠檬烯的两个碳双键，研究人员将有机会开发出一系列化学转化，生产多种产品。据最新的一份数据指出，全球每年超过50%的橙子在食品加工过程中被浪费和丢弃，大约有2000万吨，从这些被浪费的橙皮中可提炼多达1.25万吨的柠檬烯。 此外，在柠檬烯的提取方面，科研人员也有新进展。传统的柠檬烯提取主要依赖蒸馏的方法，而最近英国约克大学（University of York）的研究人员研发出一种更为环保的微波提取法：只需将橙皮和有机溶剂一同放入微波炉中加热30分钟即可，橙皮内的水分子在微波作用下沸腾，促使细胞间断裂，从而释放柠檬烯。微波提取法比传统蒸馏法更省时节能，提取出的柠檬烯在质量和数量（产量是传统方法的两倍）上也都优于传统方法。 多种多样的产品 化学家们一直在探索将分子加入聚合物长链中产生高分子聚合物的有效方法，以便开发出像毛毯中的聚丙烯（丙烯分子链）纤维，及塑料瓶中的聚乙烯（乙烯分子链）这样实用的产品，而柠檬烯在这个领域潜力巨大。 早在2006年，美国康奈尔大学（Cornell University）的科研人员就利用氧化宁烯（一种含氧原子的柠檬烯分子）与二氧化碳的交替反应得到了聚氨酯，这种重要原料能够用于多种针织或编织纤维的工业生产中。随后，科研人员一直尝试用其他原料替换二氧化碳来与柠檬烯反应来获取更多形式的聚氨酯。 聚氨酯是一类合成聚合物的总称，它们的合成原料主要来自化石燃料，常常被用于制作泡沫垫、鞋底等日常用品，如今科研人员已经证实柠檬烯可以替代化石燃料，成为这些聚合物生产的原材料。德国的研究人员已经用柠檬烯制造出一种类似于塑料的新型类聚氨酯，这种新材料的性能和硬度都与塑料类似，完全可以用于制作家居用品。 图片说明：由柠檬烯制造成的新材料也许即将上市。 图片来源：Kumar's Edit/Fickr 人类对柠檬烯的开发并没有止步于日常用品，科研人员已经开始着手准备将柠檬烯作为先进的光学材料进行研究，以它为粘合剂制造冷光源薄胶片。此外，英国巴斯大学（University of Bath）的研究团队还在利用先进的工艺和化学转化，将柠檬烯核心的碳架用于生产能够退烧止痛的药物扑热息痛（paracetamol）。 前进的障碍 柠檬烯确实有望成为生物化学行业的重要原料，但这个过程现在才刚刚开始，目前市面上还没有任何用于商业的柠檬烯塑料制品。由于柠檬烯的产量很容易受到橙子产地（如美国佛罗里达或巴西）的气候影响，也会随着橙汁消费量的变化而变化，只有真正稳定高效的来源才能实现柠檬烯的市场化转型。其次，目前的柠檬烯产量还无法满足全球化的塑料制品需求，科研人员必须提供更高效多产的提取手段来填补柠檬烯供应的不足。再次，现有的柠檬烯高分子聚合物在生产过程中仍然需要使用石油化工原料作为添加剂，研发不需要添加任何化石燃料、更环保的加工工艺也是柠檬烯市场化的当务之急。 图片说明：有聚乳酸制成的鲜花包装纸。图片来源：huadian360.com 不过，这些问题都不应该成为对柠檬烯未来发展前景持悲观态度的理由。柠檬烯及其同族物（萜烯）都只是可再生原料中的一小部分，市面上已经有发展成熟的类似产品，如从玉米淀粉中提取的可再生高分子聚合物聚乳酸（polylactic acid），已在可降解包装领域使用了近十年；从植物中提取的塑料原料，被利用在可口可乐的植物瓶技术（PlantBottle technology）中等。 这些成功的可再生原料市场化案例为柠檬烯材料的开发和应用奠定了良好的基础。而且，随着生物技术的进步，柠檬烯的提取效率也将大幅提升。科研人员还在致力于研究利用细菌分解的方式处理城市垃圾，释放柠檬烯。这些研究可能要花上很长的时间，但毋庸置疑的是，柠檬烯的研发利用是化解对原油过度依赖的关键步骤之一，它的发现和利用也将把人类带向更光明的未来。（科学之家，译审/编辑：ZH Cello） 关注科学之家微信公众号：科学HOME (长按复制) 收取新鲜科学资讯。 |
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