在降解材料及制品的标准体系中，生物降解率是区分材料是否可生物降解的重要指标；因为生物降解率测试模拟了材料在不同环境下被最终分解的情景，所以生物降解率这一指标在整个生物降解测试体系(生物降解率、崩解率、生态毒性)中占据了最为核心的地位。
本文带您了解塑料的生物降解性能测试中最为核心的一项——生物降解率的概念、要求及测试方法。
1.什么是生物降解率？
GB/T 41010-2021对生物降解率的定义：
（1）在需氧降解过程中，试验材料所含的有机碳被微生物分解转化成二氧化碳，试验过程中累计测的二氧化碳量和材料二氧化碳理论释放量的百分率；
（2）在厌氧降解过程中，试验材料所含的有机碳被微生物分解转化成生物气（二氧化碳和甲烷），试验过程中累计测得的生物气量与材料生物气理论释放量的百分率。
由定义可见，生物降解率根据试验环境分为需氧和厌氧两种类型，下文分别对这两种类型的测试方法进行详细介绍。
2.不同国家、不同标准中对生物降解率的要求
2.1 需氧条件下的生物降解率
现有国内外降解塑料的产品标准中，均规定了需氧条件下生物降解率≥90%，具体要求详见表1。
▼ 表 1 国内外主要降解产品标准对需氧条件下的生物降解性能的要求
中国
欧盟
澳大利亚
美国
2.2 厌氧条件下的生物降解率
对于厌氧条件下的生物降解率，欧盟标准 EN 13432 和 澳大利亚标准 AS 4736 中均给出了≥50% 的建议性要求（详见表2），除此之外其他标准中并未给出关于该指标的硬性要求。但若需全面评估某种塑料在各种不同环境条件下的生物分解性能，仍建议测试厌氧条件下的生物降解率。
▼ 表 2 国内外主要降解产品标准对厌氧条件下的生物降解性能的要求
欧盟
澳大利亚
3.生物降解率的测试方法
生物降解率测试的原理是在特定的微生物环境中，将降解材料当成外来碳源进行分解转化。
需氧降解的测试是让试验材料在充分曝气的环境下分解，主要降解产物为二氧化碳，而厌氧降解的测试是让试验材料在氧气缺乏的填埋环境中降解，主要降解产物为“生物气体”（主要为二氧化碳和甲烷）。
3.1 需氧生物降解率的测试
需氧条件下，利用好氧微生物将环境中有机大分子化合物分解为小分子物质的过程，通过测定试样的耗氧量或测定释放的二氧化碳的方法来计算评估。
现主流的降解产品标准中，关于生物降解率的评估都以需氧降解为主。在需氧降解范畴中，根据不同的降解环境（接种物），表3罗列出具体方法。
▲ 表3 国内外需氧降解方法分类
需氧降解的计算思路，是基于试验材料中的有机碳在需氧环境下被微生物转化成二氧化碳的转化率，所以通过测量试验材料释放出的净二氧化碳累计量与理论二氧化碳释放量的比值计算。
而理论二氧化碳释放量是根据加入系统的试样质量与有机碳含量决定
3.2 厌氧生物降解率的测试
厌氧降解条件下，试验材料在厌氧性微生物的环境下被逐渐分解转化，通过测量分解释放的生物气（甲烷、二氧化碳的混合气体）与理论生物气释放量比值的方法计算。表4 列出目前已发布的厌氧降解方法。
▲ 表4 国内外厌氧降解方法分类
厌氧降解率的测试方法也遵循了实测值/理论值的计算思路，但是计算方式相比需氧降解较为复杂。在厌氧环境中，由于材料中的有机碳会被主要分解为二氧化碳和甲烷，所以不能单纯通过测量某单一气体的产生量来表征生物分解情况，而需要通过总体产生的生物气的体积或者压强来体现；另外由于接种物固体含量的不同，导致在不同的厌氧环境下，生物降解率的计算方式有所区别。
以高固态为例，由于接种物固体含量高，无明显液态水，试验材料的生物分解均形成了生物气，厌氧降解率的计算方式为试样分解产生的净生物气体质量与初始碳的比值。
而初始碳是根据加入系统的试样质量与有机碳含量决定，而试验期间，测量气体体积随着水蒸气压力和大气压力的变化而校正。根据标准气体公式转化成气体碳，标准公式：在标准温度压力下，每22.4 mL生物气体等于 12 mg气体碳。
在固含量较低的厌氧环境中，如新鲜的消化污泥中有较多的液态水。由于试样分解出的二氧化碳可溶于水，所以这类情况下，计算厌氧生物分解率除了计算气体碳，还需计算液体中吸收的无机碳。计算公式如下：
4.结语
在全球限塑的背景下，很多国家和地区已经禁止使用、销售一次性不可降解的塑料制品，而生物降解产品因其能在一定条件下实现完全分解的特性，对环境友好，倍受消费者和监管机构关注。但由于生物降解材料生产成分相比于传统塑料较高，有商家或生产商虚假宣传，存在不少“伪降解”产品在市面上流通销售。
目前国内外已出台了多个降解产品标识标准，通过生物降解率的测试，能识别塑料材料是否可生物降解，从而规范产品的生产、销售和应用。
