Экология/2.Экологические и метеорологические проблемы  больших городов и промышленных зон.

ъ

Ткачук О.С., к.б.н. Волошина Е. С.

Национальный университет пищевых технологий, Украина

Микробные полигидроксибутираты в пользу окружающей среды

Отсчет времени, в котором сегодня живет человечество называют эпохой полимеров, поскольку с каждым годом синтетические полимерные материалы все больше применяют во всех отраслях промышленности и вытесняют металл, бумагу, картон, стекло. Масштабное использование традиционных синтетических полимеров связано с тем, что ресурсы природных материалов на планете ограничены и с каждым годом все уменьшаются. Кроме того, традиционные синтетические материалы по своим свойствам существенно отличаются от естественных, так как они долговечны, дешевые, не подвержены коррозии, имеют небольшую плотность, достаточно прочные, их легко формировать, обрабатывать, окрашивать. Пластик стал играть значительную роль в промышленности и экономике. Одновременно увеличиваются объемы производства полимерных материалов, в первую очередь это упаковочные изделия одноразового и кратковременного использования, которые попадают как правило после их использования на свалки [2].

Как известно, срок разложения традиционных полимерных материалов составляет десятки и сотни лет, а площади для городских свалок ограничены, поэтому возникает проблема утилизации отходов. Пути решения этой глобальной проблемы является рециклинг, сжигания и захоронения. При горении синтетических полимеров в окружающую среду выделяются в больших количествах диоксины, которые по своей химической природе являются очень опасными для здоровья человека, так как могут вызвать множество тяжелых заболеваний, поражающих иммунную систему, печень, мозг и кожу [1]. При недостаточной температуре горения на свалках образуются полиароматические углеводороды, которые являются канцерогенными веществами и могут непосредственно вызывают онкологические заболевания Вторичная переработка синтетических полимеров имеет серьезные проблемы связанные со сбытом, поскольку изделия из таких полимеров имеют низкое качество, а сортировка полимерных материалов по цвету, виду полимера повышает стоимость процессов вторичной переработки. Следует заметить, что не все использованы синтетические полимерные изделия подвергаются вторичной переработке, поэтому проводят их захоронения в почву, что приводит к загрязнению подземных вод солями тяжелых металлов [2].

В настоящее время решением этой глобальной проблемы есть использование разрушаемых биопластиков на основе полигидроксибутирату (ПГБ), который получают микробиологическим синтезом. Процесс биодеградации полимеров полигидроксибутирату происходит при участии химической реакции гидролиза различных микробиоценозов, в том числе водных и грунтовых. Этот биопластик в окружающей среды разлагается за 80 дней. Результатом разложения полимеров являются изменения и ухудшения основных свойств материала. ПГБ под действием микробных ферментов деполимераз превращаются в конечные продукты распада, воду, СО₂ и гумус. В процессе минерализации органический углерод превращается в СО₂ в результате аэробного метаболизма. Продукты разложения не является токсичными и встречаются повсюду в природе и в живых организмах [3].

Полигидроксибутират есть мономером полигидроксимасляной кислоты и относятся к семейству полигидроксиалканоатов. Накапливается ПГБ клетках прокариотических микроорганизмов в виде гранул, что являются запасом углерода и энергии. Диаметр образованных гранул в различных промышленных продуцентов ПГБ колеблется в пределах от 0,2 до 0,5 мкм. За физико-химическими свойствами полигидроксибутират есть висококристаличний и высокоэластичный термопласт, степень кристалличности его достигает выше 70%. По своим термопластичными свойствами микробный ПГБ близок к классическим химических полимеров (полиэтилена и полипропилена), легко подвергается прессованию в различные формы, пленки, нити. Температурные характеристики ПГБ и способность его к кристаллизации в нативном состоянии являются наиболее важными параметрами, поскольку можно определять термомеханические свойства, а также способность переработки полимера с расплавов [1].

Способность к биологическому разрушению данного полимера чрезвычайно перспективным в использовании в различных отраслях промышленности. Биоразлагаемые полимеры на основе полигидроксибутирату используются для изготовления упаковки пищевых продуктов одноразового и длительного использования, упаковки сухих и некоторых замороженных продуктов, а также бутылок для хранения жидких материалов, розлива фруктовых соков, воды, растительного масла. В сельском хозяйстве ПГБ также нашли свое применение. С данных полимеров производят агрополотно для парников, огородов, ускоряет процесс созревания сельскохозяйственных культур. После соответствующего срока использования агрополотно подвергается процессу биодеградации грунтовыми микробиоценоза [4].

Литература:

1. Бояндин А.Н. Прудникова С.В, Филипенко М.Л. Биодеградация полигидроксиалканоатов почвенными микробиоценозами различной структуры и выявление микроорганизмов-деструкторов // Прикладная биохимия и микробиология. – 2012. – Т.48. № 1. – С.35-44.

2. Плетнев М.Ю. Биополимеры как материал для экологической упаковки // Journal of Biopolimers as packaging materials. –2010.–Т.7, № 12. – С.64-68.

3. Averous L., Pollet E. Biodegradable Polymers // Journal of Green Energy and Technology. – 2012. – V.2, № 4. – Р. 28-31.

4. Jeyaseelan А., Pandiyan S. Рroduction of polyhydroxyalkanoate (pha) using hydrolyzed grass and syzygium cumini seed as low cost substrates // Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. – 2012. –V.2, №3. – P. 970-982.