РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 Актуальность пластиков в современном мире 7
1.2 Общая характеристика и применение полигидроксиалканоатов 7
1.3 Свойства ИГА 9
1.4 Сополимерные ИГА 10
1.4.1 Преимущества сополимерных ПГ А 10
1.4.2 Синтез сополимеров с 4ГВ 11
1.4.3 Физико-химические свойства трехкомпонентных ИГА 12
1.5 Микроорганизмы-продуценты полигидроксиалканоатов 12
1.5.1 Природные штаммы 12
1.5.2 Рекомбинантные штаммы 15
1.6 Биосинтез ПГА 15
1.7 Производство ПГА 16
1.8 Синтез ПГА с использованием левулиновой кислоты, как предшественника мономеров 3ГВ 18
1.9 Исследования, посвященные получению П(3ГБ-со-3ГВ) с использованием левулиновой кислоты 20
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 26
2.1 Бактериальный штамм, подготовка посевного материала 26
2.2 Ферментация 26
2.3 Контроль параметров культивирования 27
2.3.1 Оптическая плотность27
2.3.2 Концентрация субстрата 27
2.3.3 Концентрация косубстрата 27
2.3.4 Урожай биомассы 28
2.4 Определение процентного содержания и состава полимера методом газо-жидкостной хроматографии с МС-детектором 28
2.5 Определение характеристик полимера 29
2.5.1 Молекулярная масса ПГА 29
2.5.2 Степень кристалличности 29
2.5.3 Свойства поверхности полимерных пленок 29
2.5.4 Температура плавления 30
2.6 Статистическая обработка результатов 30
3 РЕЗУЛЬТАТЫ 31
3.1 Влияния различных концентраций левулиновой кислоты на рост бактериальной культуры Cupriavidus necator В-10646 и накопление полимера 31
3.2 Влияния времени добавки левулиновой кислоты на рост бактериальной культуры Cupriavidus necator В-10646 и накопление полимера 34
3.3 Влияние дробного внесения левулиновой кислоты на рост бактериальной культуры Cupriavidus necator В-10646 и накопление полимера 37
3.4 Исследование физико-химических свойств полимера 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
Полигидроксиалканоаты - биополимеры, которые могут быть синтезированы многими микроорганизмами в специфических условиях несбалансированного роста, когда в среде наблюдается дефицит азота, фосфора и других элементов, и избыток углероды. Будучи полностью биоразлагаемыми и биосовместимыми, ПГА могут применяться в различных сферах: сельское хозяйство, пищевая промышленность, автомобильная промышленность, биомедицина (перевязочные материалы для ран, доставка лекарств и тд.).
Первый открытый представитель ПГА, поли(3-гидроксибутират) (П(3ГБ)) - высококристалличный полимер (степень кристалличности 70-80%). Продукты переработки П(3ГБ) не обладают эластичностью, что вызвало ряд проблем в производстве конечных изделий (упаковка, тара, бытовые изделия и др.). При добавлении в питательную среду предшественников мономеров 3- гидроксивалерата можно повлиять на состав полимера и его физико-химические свойства.
После открытия способности микроорганизмов к синтезу сополимерных ПГА было доказано, что наличие в цепи 3-гидроксибутирата (3ГБ) мономеров 3- гидроксивалерата (3ГВ) и 4-гидроксивалерата (4ГВ) влияет на характеристики полимера: снижает температуру плавления и степень кристалличности, делая полимер более эластичным и пригодным для переработки. Поэтому сополимерные ПГА, имеющие различный состав, более перспективны, однако их получение намного сложнее и дороже, нежели гомополимера П(3ГБ). Тенденция исследований состоит в поиске более эффективных и экономичных процессов для производства, экстракции, очистки и улучшения свойств полигидроксиалканоатов.
Несмотря на то, что ПГА могут быть синтезированы из разных источников углерода, являющихся предшественниками мономеров, стоимость во многом определяется из затрат на исходное сырье. Левулиновая кислота (ЛК) - 5 перспективный и эффективный субстрат для получения термопластичного трехкомпонентного полимера - П(3ГБ-со-3ГВ-со-4ГВ), так как может быть синтезирована из возобновляемых углеродсодержащих биоматериалов, включая целлюлозосодержащие отходы лесодобывающих, сельскохозяйственных производств и бумажных фабрик.
Производство П(3ГБ-со-3ГВ-со4ГВ) с использованием дешевого прекурсора - в данном случае левулиновой кислоты делает производство эластичных полимеров экономически выгоднее и доступнее для масштабного производства. Именно в этом заключается актуальность настоящей работы.
Цель работы: изучение способности роста бактериальной культуры Cupriavidus necatorВ-10646 к росту на смеси фруктозы и левулиновой кислоты, как предшественнике 3ГВ и накопления поли(3-гидроксибутирата-со-3- гидроксивалерата).
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Исследовать влияние различных концентраций левулиновой кислоты на рост Cupriavidus necatorВ-10646 и синтез полимера;
2. Изучить влияние дробного внесения левулиновой кислоты в ферментационную среду на рост бактериальной культуры Cupriavidus necatorВ- 10646 и синтез полимера;
3. Изучить физико-химические свойства синтезированного П(3ГБ-со-3ГВ- со-4ГВ).
1. Исследовано влияние различных концентраций левулиновой кислоты на рост C. necatorВ-10646 и синтез полимера. Установлено, что концентрация ЛК 1 г/л не ингибирует рост бактерий; при анализе состава полимера кроме включений мономеров 3ГВ - 32,3 мол.% идентифицированы включения 4ГВ - 1,3 мол.%;
2. Проведено сравнение влияния времени внесения ЛК. Установлено, что внесение ЛК в разное время ферментации влияет на рост биомассы, накопление полимера и его состав. При внесении на 0 ч выход биомассы составляет 6,9 г/л, на 24 ч - 5,4 г/л;
3. Изучено влияние дробного внесения левулиновой кислоты на рост C. necatorВ-10646 и синтез полимера. Показано, что для получения наибольшей биомассы и включений 3ГВ эффективно внесение ЛК на 0, 24, 48 ч, тогда содержание полимера составляет 80%, состав: 3ГБ - 72,4 мол.%, 3ГВ - 26,8 мол.%, 4ГВ - 0,8 мол.%. При увеличении времени ферментации и дополнительной добавке ЛК на 72ч содержание полимера и включения не изменились;
4. Получен трехкомпонентный полимер - П(3ГБ-со-3ГВ-со-4ГВ), установлено, что при повышении включения 3ГВ в составе сополимера уменьшается степень кристалличности до 54% и угол смачивания водой до 65,0 ± 2,8°, что является косвенным подтверждением увеличения гидрофильности поверхности полимерных пленок.
