橙汁既美味又有营养，每天都有数百万人在世界各地享用。然而，一项新研究表明，它的潜力可能远不止于早餐桌。橙皮中的化学物质可用作新的基础原料，用于生产从塑料到对乙酰氨基酚等各种产品，从而有助于减少我们对原油的依赖。
当今社会完全依赖于从日益减少的化石燃料中获取的化学品和材料。因此，全球日益关注开发 可再生化学原料 ，取自多种可持续来源，例如 甘蔗 和 脂肪酸 ，用于生物燃料的生产。此外，废弃柑橘果皮中所含的富含化学成分的挥发油，也正在受到深入研究，颇具前景。
这一前景令人鼓舞，因为橙汁行业采用的榨汁工艺效率极低且浪费严重，几乎 50%的果实被丢弃。因此，这为从果皮中封存的多样且丰富的分子中开发可持续化学品供应提供了真正的机遇。
柠檬烯——一种用途广泛的基础原料
近期数据估计，每年约有 2000万吨 柑橘被浪费。由于从这些废果皮中提取的油中约95%由 柠檬烯分子构成（一种无色液态烃，化学式为C10H16），这些废弃物每年可产出约12.5万吨柠檬烯。
目前的提取方法依赖蒸馏，即让蒸汽穿过废弃固体，然后直接收集所得油脂。但近期，约克大学的研究人员开始 研究微波提取技术 ，将其作为一种更环保的替代方案。该团队只是将橙皮和一种有机溶剂放入微波炉中加热30分钟。在果皮内部，水分子开始沸腾，破坏细胞结构，使柠檬烯得以渗出。结果令人满意：该工艺速度快得多、能耗更低，所得柠檬烯品质更高，产率是传统方法的两倍。
那么，柠檬烯究竟是什么让它如此有用？作为一种简单的烃类，它与我们从化石燃料中获取的化学品有许多相似之处，例如其液态性质和沸点。因此，我们目前用于石化原料的技术可以直接用于柠檬烯，将其转化为有用的产品。我们可以通过利用柠檬烯的两个碳碳双键进行各种化学转化来实现这一点。
可再生塑料
或许柠檬烯最大的潜力在于作为聚合物行业的基础原料。化学家们一直在寻找新方法，将分子连接成长 聚合物链 ，以便将其用于各种产品中，例如我们用于地毯的聚丙烯（由丙烯分子链构成）纤维，或用于制造塑料瓶的聚乙烯（由乙烯分子链构成）。
早在2006年， 康奈尔大学的科学家 首次证明了这一策略的潜力巨大。他们通过让柠檬烯氧化物（即包含一个氧原子的柠檬烯分子）与二氧化碳以交替方式反应，制得了聚酯，这种聚酯用于许多机织或针织织物。近年来，这项开创性工作通过各种其他聚合物形成反应得到了延续，包括通过用 其他替代基础原料替代二氧化碳，制得其他类型的聚酯。
聚氨酯 是一类合成聚合物，已广泛进入我们的家庭，从泡沫坐垫到鞋底均有应用。目前，其原材料取自化石燃料，不过近期已发现以柠檬烯为基础的替代品。例如，德国的研究人员已制备出一系列 以柠檬烯为核心的新型类聚氨酯塑料 。这些材料的性能和硬度可以轻松调节，用于生产各种家用产品。
柠檬烯基材料的开发并不止步于日常消费品。先进光学材料 近期已被制备出来 ，方法是以柠檬烯作为粘合剂，制成薄型发光薄膜。
利用柠檬烯生产药物或许有朝一日也能成为现实。我所在的巴斯大学团队正在研究，以柠檬烯的碳骨架为核心生产对乙酰氨基酚。通过一系列化学转化并结合最先进的工程技术，我们希望将废弃橙皮转化为这种广泛使用的止痛药。
有待克服的障碍
柠檬烯无疑有潜力成为生物基化学工业的重要组成部分。然而，该领域仍处于起步阶段，市场上尚无商业化的柠檬烯基塑料。需要解决的问题包括：找到可靠的供应来源，以及更环保的加工工艺——上述许多利用柠檬烯制造聚合物的工艺仍需要石化产品作为添加剂。
柠檬烯及其所属的更广泛家族（称为萜类）只是可再生原料这一拼图中的一块。例如， 聚乳酸，是一种由玉米淀粉制得的可持续聚合物，过去十年间已实现商业化供应，主要用作一次性包装。其他塑料基础原料也已取自植物材料，例如可口可乐公司的 PlantBottle技术。这些替代性可再生来源可能含有大量氧原子，使所得聚合物具有与柠檬烯基塑料不同但互补的性能。
柠檬烯的供应还取决于佛罗里达州和巴西的天气，以及我们对橙汁的消费需求。即使将目前从柑橘废料中可获得的所有柠檬烯都制成聚合物，也无法对全球塑料产量产生任何实质影响。
然而，如果我们能充分利用所有被浪费的柑橘，可用柠檬烯的数量将会增加。更高效的提取方法同样将提升供应量，生物技术的进步也将如此。我的团队还在研究如何改造细菌，使其以城市垃圾为食，并将柠檬烯作为其唯一产物分泌出来。这类进展可能还需要一段时间才能实现，但它们是摆脱我们对原油依赖的重要第一步——像柠檬烯这样的分子无疑将在我们的未来中扮演光明的角色。
本文与 The Conversation合作发表。刊发本文不代表世界经济论坛认可文中观点。
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作者：Marc Hutchby，巴斯大学化学博士后研究员
图片：垃圾场中压扁的塑料瓶。REUTERS/Petr Josek.
