Z metanolom inducirana terminacija polimerizacije poli(3-hidroksibutiratnih) polimerov: Vpliv na molekulsko maso

Uvod

Poli(3-hidroksibutarat) (PHB) je najpreprostejši in najbolj raziskan biopolimer v skupini polihidroksialkanoatov (PHA). PHA se uporabljajo za proizvodnjo bioplastike, saj imajo raznolike lastnosti in so biorazgradljivi. Bakterije jih uporabljajo kot zalogo ogljika, kadar je celično rast ovirana zaradi pomankanja hranil, ogljika pa je v pribitku. PHA polimere delimo glede na število monomernih enot, ki jih sestavljajo, kratki polimer imajo 3-5 . Proizvodnja bioplastike je zelo draga v primerjavi s petrokemično plastiko, zato je potrebno najti načine kako znižati ceno proizvodnje. Eden od njih je uporaba nepredelanega odpadnega biološkega material za gojišča, npr. sojino melaso, odpadkov prehrambene industrije, biološki odpadki proizvodnje biogoriv. Na žal pa je odpadni biološki material nehomogen in poln nečistoč kot so soli, gliceridi, maščobne kisline, pepel, alkoholi … Zato je nujno, da določimo vpliv, ki ga te primesi imajo na proizvodnjo biomaterialov in njihove lastnosti.

Cilj raziskave

V raziskavi so želeli določiti vpliv fermentacije v prisotnosti različnih koncentracij MeOH, na količino in lastnosti PHB polimerov.

Potek raziskave

Za ugotavljanje vpliva MeOH na proizvodnjo in lastnosti (predvsem molekulsko maso) PHB so uporabili bakterijo Pseudomonas oleovorans sev NRRL B-14682. Gojili so jo na gojiščih, ki so vsebovala med 0 in 0.85% (w/v). Za vir ogljika so izbrali glicerin, 1% (w/v), saj je glavni vir ogljika tudi v odpadni biomasi proizvodnje biogoriv in prehrambene industrije. Vzorce kultur so vzeli po 48, 72 in 96 urah fermentacije, v vzorcih so določili porabo glicerina in MeOH s pomočjo HPLC, molekulsko maso so določali s permeacijsko gelsko kromatografijo (PGC) in PHB polimere so tudi analizirali s 1H NMR in difuzijsko spektroskopijo (DOSY).

Zaključek

Raziskava je pokazala, da prisotnost MeOH v gojišču upočasni celično rast in ta upočasnitev je premosorazmerna s koncentracijo MeOH. Hkrati se je povprečna molekulska masa in s tem tudi dolžina polimerne verige PHB krajšala z višajem koncentracije MeOH v gojišču. Podoben učinek je imelo tudi trajanje fermentacije, dlje kot je fermentacije potekala krajše so bile PHB verige, ki so nastajale. Raziskava je tudi dokazala, da je glicerin iz neobdelane biomase več kot primeren za proizvodnjo PHA in drugih bioproizvodov, vendar nečistoče močno vplivajo na proizvodnjo in lastnosti proizvodov. Če upoštevamo, da odpadan biomasa po sestavi vsakič drugačna, je potrebno vedeti katere komponente so v biomasi prisotne in kakšen vpliv imajo na samo proizvodnjo biomaterialov. Rezultati raziskve so še posebej pomembni, če za proizvodnjo biomaterialov želimo uporabljati biomaso, ki ostane po proizvodnji biogoriv, saj bi tako ne samo znižali stroške proizvodnje biomaterialov, ampak z zmanjšanjem stroškov z odpadki, tudi stroške proizvodnje biogoriv.

Viri

1) Richard D. Ashby, Daniel K.Y. Solaiman, Gary D. Strahan, Alex C. Levine, Christopher T. Nomura; Methanol-induced chain termination in poly(3-hydroxybutyrate) biopolymers: Molecular weight control; International Journal of Biological Macromolecules, Volume 74, 2015, 195 - 201; http://dx.doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.12.026