在降解材料及制品的標準體系中，生物降解率是區分材料是否可生物降解的重要指標；因為生物降解率測試模擬了材料在不同環境下被最終分解的情景，所以生物降解率這一指標在整個生物降解測試體系(生物降解率、崩解率、生態毒性)中占據了最為核心的地位。
本文帶您了解塑料的生物降解性能測試中最為核心的一項——生物降解率的概念、要求及測試方法。
1.什么是生物降解率？
GB/T 41010-2021對生物降解率的定義：
（1）在需氧降解過程中，試驗材料所含的有機碳被微生物分解轉化成二氧化碳，試驗過程中累計測的二氧化碳量和材料二氧化碳理論釋放量的百分率；
（2）在厭氧降解過程中，試驗材料所含的有機碳被微生物分解轉化成生物氣（二氧化碳和甲烷），試驗過程中累計測得的生物氣量與材料生物氣理論釋放量的百分率。
由定義可見，生物降解率根據試驗環境分為需氧和厭氧兩種類型，下文分別對這兩種類型的測試方法進行詳細介紹。
2.不同國家、不同標準中對生物降解率的要求
2.1 需氧條件下的生物降解率
現有國內外降解塑料的產品標準中，均規定了需氧條件下生物降解率≥90%，具體要求詳見表1。
▼ 表 1 國內外主要降解產品標準對需氧條件下的生物降解性能的要求
中國
歐盟
澳大利亞
美國
2.2 厭氧條件下的生物降解率
對于厭氧條件下的生物降解率，歐盟標準 EN 13432 和 澳大利亞標準 AS 4736 中均給出了≥50% 的建議性要求（詳見表2），除此之外其他標準中并未給出關于該指標的硬性要求。但若需全面評估某種塑料在各種不同環境條件下的生物分解性能，仍建議測試厭氧條件下的生物降解率。
▼ 表 2 國內外主要降解產品標準對厭氧條件下的生物降解性能的要求
歐盟
澳大利亞
3.生物降解率的測試方法
生物降解率測試的原理是在特定的微生物環境中，將降解材料當成外來碳源進行分解轉化。
需氧降解的測試是讓試驗材料在充分曝氣的環境下分解，主要降解產物為二氧化碳，而厭氧降解的測試是讓試驗材料在氧氣缺乏的填埋環境中降解，主要降解產物為“生物氣體”（主要為二氧化碳和甲烷）。
3.1 需氧生物降解率的測試
需氧條件下，利用好氧微生物將環境中有機大分子化合物分解為小分子物質的過程，通過測定試樣的耗氧量或測定釋放的二氧化碳的方法來計算評估。
現主流的降解產品標準中，關于生物降解率的評估都以需氧降解為主。在需氧降解范疇中，根據不同的降解環境（接種物），表3羅列出具體方法。
▲ 表3 國內外需氧降解方法分類
需氧降解的計算思路，是基于試驗材料中的有機碳在需氧環境下被微生物轉化成二氧化碳的轉化率，所以通過測量試驗材料釋放出的凈二氧化碳累計量與理論二氧化碳釋放量的比值計算。
而理論二氧化碳釋放量是根據加入系統的試樣質量與有機碳含量決定
3.2 厭氧生物降解率的測試
厭氧降解條件下，試驗材料在厭氧性微生物的環境下被逐漸分解轉化，通過測量分解釋放的生物氣（甲烷、二氧化碳的混合氣體）與理論生物氣釋放量比值的方法計算。表4 列出目前已發布的厭氧降解方法。
▲ 表4 國內外厭氧降解方法分類
厭氧降解率的測試方法也遵循了實測值/理論值的計算思路，但是計算方式相比需氧降解較為復雜。在厭氧環境中，由于材料中的有機碳會被主要分解為二氧化碳和甲烷，所以不能單純通過測量某單一氣體的產生量來表征生物分解情況，而需要通過總體產生的生物氣的體積或者壓強來體現；另外由于接種物固體含量的不同，導致在不同的厭氧環境下，生物降解率的計算方式有所區別。
以高固態為例，由于接種物固體含量高，無明顯液態水，試驗材料的生物分解均形成了生物氣，厭氧降解率的計算方式為試樣分解產生的凈生物氣體質量與初始碳的比值。
而初始碳是根據加入系統的試樣質量與有機碳含量決定，而試驗期間，測量氣體體積隨著水蒸氣壓力和大氣壓力的變化而校正。根據標準氣體公式轉化成氣體碳，標準公式：在標準溫度壓力下，每22.4 mL生物氣體等于 12 mg氣體碳。
在固含量較低的厭氧環境中，如新鮮的消化污泥中有較多的液態水。由于試樣分解出的二氧化碳可溶于水，所以這類情況下，計算厭氧生物分解率除了計算氣體碳，還需計算液體中吸收的無機碳。計算公式如下：
4.結語
在全球限塑的背景下，很多國家和地區已經禁止使用、銷售一次性不可降解的塑料制品，而生物降解產品因其能在一定條件下實現完全分解的特性，對環境友好，倍受消費者和監管機構關注。但由于生物降解材料生產成分相比于傳統塑料較高，有商家或生產商虛假宣傳，存在不少“偽降解”產品在市面上流通銷售。
目前國內外已出臺了多個降解產品標識標準，通過生物降解率的測試，能識別塑料材料是否可生物降解，從而規范產品的生產、銷售和應用。
