PHB - sinteză și biodegradare

Poli ( -hidroxibutiratul) are formula generala:

Metode de obtinere

Pentru obtinerea prin biosinteza industriala a poli ( -hidroxibutiratului) se folosesc drept precursori glucoza si zaharoza. Un procedeu de actualitate, in care se ating randamente importante (PHB reprezinta mai mult de 80% din greutatea celulelor) foloseste in procesul de fermentatie bacteria Alcaligenes latus. Particularitatea acestei bacterii o constituie posibilitatea dezvoltarii rapide, fapt care permite obtinerea unor mari cantitati de PHB, fara a fi necesara suplimentarea raportului de nutritie cu compusi cu azot sau fosfor.

Obtinerea PHB utilizand Alcaligenes latus

Activitatea deosebita a acestei bacterii a permis obtinerea in mai putin de o saptamana a unei cantitati mai mari de 1t de P-3HB utilizand un reactor de fermentatie de 1m3

Tehnologia de biosinteza presupune parcurgerea a doua faze:

- cea fermentativa, de producere a PHB;

- cea de extractie si purificare a polimerului obtinut.

Procesul de fermentatie are loc in reactoare tip autoclava, cu agitare, dar au fost testate si reactoare in pat fluidizat sau reactoare tip coloana cu barbotare, obtinandu-se randamente la fel de bune. Fermentatia este condusa intr-un mediu de saruri minerale, iar ca sursa de carbon se poate folosi un sirop de sucroza si glucoza. In urma spalarii compostului cu apa potabila, se obtine o suspensie colorata care ulterior se trece printr-o instalatie de separare unde are loc un proces de extractie cu solvent (se foloseste ca agent de extractie clorura de metilen)., urmeaza apoi indepartarea biomasei prin centrifugare, iar solutia de PHB se trece inntr-un vas de precipitare. Polimerul se precipita in apa, se separa prin centrifugare si apoi se usuca, obtinandu-se o pudra alba de PHB avand o puritate mai mare de 99%. Biomasa rezultata in faza de centrifugare se poate folosi ca ingrasamant.

Un alt procedeu de biosinteza a PHB foloseste drept suport de fermentatie metanolul. Acest procedeu prezinta o serie de avantaje in comparatie cu cele care utilizeaza zaharozele:

- suport ieftin, de mare puritate si usor accesibil;

- permite utilizarea de culturi de microorganisme cu mare densitate de celule;

- permite obtinerea nor polimeri de calitate, atat PHB cat si copolimerii P(HB-co-HV).

Folosind probe de sol contaminat timp indelungat cu produse petroliere a fost obtinuta o colectie de 118 microorganisme cu potential metilotrofic. Uramand cateva teste de selectie s-a retinut pentru sinteza, Methylobacterium extorquens, o bacterie de culoare roz, Gram-negativa, care elibereaza hidroxipiruvat-reductaza. Natura enzimei indica faptul ca asimilarea de carbon se desfasoara via serina. Bacteria utilizata este activa intr-o oarecare masura pe suport de etanol, dar nu poate metaboliza zaaroza, lactoza sau glucoza.

Randamentul in PHB este dependent de concentratia metanolului in suportul de fermentatie. Astfel la concentratii mai mari de 8 g/l dezvoltarea bacteriei este nhibata, valoarea optima gasita fiind 1,4 g/l. Controlul parametrilor optimi de lucru, in faza de dezvoltare a culturii microbiene, a fost asigurat pentru concentratia de metanol, prin viteza de alimentare a acestuia, pentru ph prin adaugarea de amoniac, iar pentru oxigen prin reglarea vitezei de agitare din vasul de fermentatie. Lucrandu-se cu o concentratie de metanol de 1,4 g/l s-a obtinut PHB cu masa moleculara 200000-300000(valori corespunzatoare unui produs de calitate) cu un randament de 50% substanta uscata.

Poli (3-hidroxibutiratul) a fost realizat si prin sinteza chimica, prin polimerizarea cu deschidere de ciclu a 3-butirolactonei in prezenta catalizatorilor pe baza de aliminiu sau zinc.

Polimerizarea amestecului racemic R,S-3HB in prezenta catalizatorului Al(C2H5)2 / H2O, conduce la un ameste de P[(R,S)-3HB] cristalin izotactic si P[(R,S)-3HB] amorf atactic, in timp ce in prezenta catalizatorului Zn(C2H5)2 / H2O se obtine numai P[(R,S)-3HB] amorf atactic. Polimerizarea S-3HB in prezenta catalizatorului Zn(C2H5)2 / H2O permite obtinerea P[(S)-3HB] optic activ.

Biodegradarea poli ( -hidroxibutiratului)

Biodegradarea reprezinta posibilitatea de reducere a acumularii de deseuri, ce elimina