Тема: Синтез полимера поли(3-гидроксибутират-со-4-гидроксибутират) бактериями Cupriavidus necator B-10646 на среде с пальмовым маслом

Пластик наносит серьезный ущерб окружающей среде, начиная с его производства и заканчивая утилизацией. Глобальное производство полимерных материалов приводит к повышению уровня СО2 в атмосфере, к растущему ко­личеству отходов. Это связано с высокой прочностью и устойчивостью пласт­масс к деградации. Истощение невозобновляемых ресурсов ведет к разруше­нию механизма саморегулирования биосферы с непредсказуемыми последст­виями [1].
Ежегодно в мире производится 300 млн. т пластмасс, время полного рас­пада которых составляет минимум 450 лет. Большинство изделий из них ис­пользуются однократно. Лишь 5% от объема в конечном итоге подвергается переработке и используется повторно в быту и жизни. Загрязнение планеты пластиковыми отходами приобретает катастрофические масштабы [2].
Одним из способов решения данной проблемы является замена синтети­ческих полимеров новыми материалами, которые способны разрушаться в ок­ружающей среде естественным путем.
Полигидроксиалканоаты (ПГА) - термопластические полиэфиры, синте­зируемые различными бактериями в качестве внутриклеточного запасного ма­териала в условиях лимитирования роста питательными элементами (например, азотом, фосфором) и при избыточном содержании источника углерода [3]. ПГА считается одним из наиболее перспективных биопластиков, используемых в различных областях: в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, меди­цине и фармакологии. Эти полимеры являются биоразлагаемыми, биосовмес- тимыми, экологически чистыми материалам и могут быть получены из возоб­новляемых источников углерода, также ПГА могут способствовать снижению накопления СО2 в биосфере [4,5]. Добавление мономеров 4-гидроксибутирата (4ГБ) в структуру полимера помогает снизить температуру плавления и кристалличность, что приводит к получению более гибких полимеров, под­ходящих для коммерческого применения.
Тем не менее, во всем мире производство ПГА ограничено. Причины до­вольно разнообразны. Высокая стоимость производства, из которой примерно 50% приходится на субстраты-предшественники (обычно чистые сахара и жир­ные кислоты) ограничивает массовое применение ПГА [6]. Эти микробные по­лиэфиры, по оценкам, в 3-4 раза дороже, чем синтетические пластмассы, такие как полипропилен и полиэтилен. Кроме того, доступность ПГА для разработки процесса ограничена, и во многих случаях методы обработки должны быть точно настроены на конкретный тип полимера (выбор соответствующих доба­вок, температурный профиль, адаптированный к оптимальной скорости кри­сталлизации) [7,8,9].
В последнее время внимание ученых сосредоточено на использовании продуцентов ПГА с высоким выходом ПГА и продуктивностью, используя де­шевое, доступное сырьё. Таким образом, было обнаружено, что пальмовое мас­ло и другие растительные масла могут являться отличным источником углерода для производства ПГА. Сравнение теоретического выхода ПГА из масел и жирных кислот (> 0,65 г ПГА / г источника углерода) против глюкозы (0.32­0.48 г ПГА / г глюкозы) предполагает, что липиды различного происхождения могут использоваться в качестве субстратов для биотехнологического произ­водства ПГА [10].
Целью данной работы было изучить способности культуры Cupriavidus necator B-10646 синтезировать полимер поли(3-гидроксибутират-со-4- гидроксибутират) на среде с пальмовым маслом.
Для этого было необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать накопление биомассы и полимера бактериями Cupriavidus necator B-10646 на пальмовом масле при добавлении е-капролактона.
2. Исследовать накопление биомассы и полимера бактериями Cupriavidus necator B-10646 на пальмовом масле при добавлении 1,4-бутандиола.
3. Исследовать молекулярно-массовые характеристики синтезированных полимеров.
Купить

1. Исследован рост бактерий Cupriavidus necator B-10646, накопление полимера и содержания 4ГБ при культивировании на пальмовом масле при использо­вании различных предшественников 4ГБ (1,4-бутандиола, е-капролактона), источников азота (мочевина, хлорид аммония) и эмульгаторов (Tween-80, ле­цитин).
2. Показано, что при использовании 1,4-бутандиола в отсутствии эмульгаторов концентрация биомассы и содержание полимера на обоих источниках азота было сопоставимым и составляло соответственно 4,8-5,3 г/л и 33,3-38,9% от веса сухой биомассы. Добавление эмульгаторов привело к увеличению со­держания полимера до 48-69%, однако практические не повлияло на концен­трацию биомассы, за исключением эксперимента с добавлением лецитина (биомасса 7,8 г/л). Добавление 1,4-бутандиола не приводило к синтезу сопо­лимера с 4ГБ.
3. Показано, что при использовании е-капролактона в отсутствии эмульгаторов концентрация биомассы и содержание полимера на мочевине были выше, чем при использовании хлорида аммония: соответственно 5,8 г/л и 50,6%, на хлориде аммония: 4 г/л и 28,7%. Добавление эмульгаторов не привело к уве­личению содержания полимера и практически не повлияло на концентрацию биомассы, за исключением эксперимента с добавлением лецитина (концен­трация биомассы составила 6,7 г/л, содержание полимера - 62,9%). Добавле­ние е-капролактона привело к синтезу сополимера с 4ГБ, наилучший резуль­тат был достигнут при добавлении лецитина, содержание 4ГБ составило 22,8 мол.%.
4. Исследованы молекулярно-массовые характеристики полученных образцов ПГА. Показано, что при использовании е-капролактона на среде с мочевиной в отсутствии эмульгаторов Мв была ниже (450 кДа), чем на среде с хлоридом аммония (550 кДа). В присутствии эмульгаторов отмечено увеличение Мв при сохранении тенденции более высокой Мв на среде с хлоридом аммония. Добавление в среду 1,4-бутандиола вне зависимости от источника азота и присутствия эмульгатора привело к более низким показателям Мв (126-303 кДа) по сравнению с е-капролактоном.
Купить