Розробка нового способу отримання біопластиків на основі мікробних біополімерів і лігніну

Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Innovative Biosystems and Bioengineering; Vol. 6 No. 1 (2022); 25-30
Innovative Biosystems and Bioengineering; Том 6 № 1 (2022); 25-30
ISSN: 2616-177X
Popis: Background. The ever-increasing demand for plastic polymer products with simultaneous depleting fossil fuels such as oil and natural gas, as well as the growing problem of waste disposal, creates a need to find alternative technologies that meet current trends in both environmental and economic development. Bioplastic materials that are synthesized from renewable sources and have the ability to biodegrade are considered as such an alternative. The main obstacle of modern bioplastics which makes it impossible to completely replace traditional plastics is the high cost of production. In order to reduce the cost of existing biopolymers, production waste is added to the polymer matrix. One such waste is lignin – the second most common biopolymer. An additional way to reduce the cost of production is to find more cost-effective producers. Thus, although the classical microbial synthesis has fairly high productivity, the source of carbon for the cultivation of microorganisms are sugars obtained from agricultural raw materials which could cause a threat for food industry. The new producer for production of polyhydroxyalkanoates (PHA) is cyanobacteria, the carbon source of which is carbon (IV) oxide or gas emissions from enterprises, which reduces the cost of the target product. Objective. Development of a method for obtaining bioplastics using products of microbial synthesis and lignin. Methods. Cyanobacteria Nostoc commune was grown using a nutrient medium BG-11 with subsequent limitation of Nitrogen for the synthesis of PHA. Hydrolyzed lignin from hardwoods was combined with polylactic acid (PLA) or cyanobacteria-synthesized PHA in different ratios with further casting of the solution to determine the ability of lignin and polymer matrix to form polymer films. Results. The content of PHA in the cells of cyanobacteria Nostoc commune, when grown in a nutrient medium limited to Nitrogen, reached 7.8%. The synthesized polymer films based on PLA and lignin were not homogeneous, and films based on PHA and lignin were fragile. Conclusions. The possibility of obtaining PHA by using cyanobacteria of the Nostoc commune species under environmental conditions that differ from the optimal ones for both cultivation and PHA production is shown. The possibility of obtaining a biopolymer based on lignin and PLA is shown. To form homogeneous films, it is necessary to change the standard conditions for obtaining a mixture of components. The interaction of lignin with PHA forms a homogeneous polymer mixture, which is fragile and requires the addition of plasticizers to obtain the necessary properties.
Проблематика Постоянно растущий спрос на пластические полимерные изделия с одновременным истощением запасов ископаемых источников, таких как нефть и природный газ, а также растущая проблема утилизации отходов, создают потребность в поиске альтернативных технологий, отвечающих современным тенденциям как экологического, так и экономического курса мирового развития. В качестве такой альтернативы рассматриваются биопластические материалы, синтезируемые из возобновляемых источников и обладающие способностью к биоразложению. Основная преграда современных биопластиков, исключающих полную замену традиционных пластмасс – высокая стоимость производства. С целью снижения себестоимости существующих биополимеров добавление в состав полимерной матрицы отходов производства есть актуальным, одним из таких отходов является лигнин – второй наиболее распространенный биополимер. Дополнительным методом понижения себестоимости производства является поиск более экономически выгодных продуцентов. Классический микробный синтез хоть и имеет достаточно высокую производительность, но источником карбона для выращивания микроорганизмов являются сахара, получаемые из сельскохозяйственного сырья. Новым продуцентом для получения ПГА являются цианобактерии, источником карбона для которых является карбон (IV) оксид или газовые выбросы предприятий, что снижает себестоимость целевого продукта. Цель Исследование возможности образования биопластика при использовании продуктов микробного синтеза и лигнина. Методы Цианобактерии Nostoc commune выращивали при использовании питательной среды BG-11 с последующим лимитированием по Нитрогену с целью синтеза ПГА. Гидролизный лигнин из твердых пород деревьев сочетали с ПЛА или синтезированным цианобактериями ПГА в различных соотношениях методом литья раствора с целью выявления лигнина и полимерной матрицы образовывать полимерные пленки. Результаты Содержание ПГА в клетках цианобактерии Nostoc commune при выращивании в питательной среде, лимитированной по Нитрогену, достигло 7,8%. Синтезированные полимерные пленки на основе ПЛА и лигнина не были гомогенными, на основе ПГА хрупкими. Выводы Показана возможность получить ПГА при использовании цианобактерии вида Nostoc commune в условиях окружающей среды, отличающихся от оптимальных как для выращивания культуры, так и для получения ПГА. Показана возможность получения биополимера на основе лигнина и ПЛА. Для образования гомогенных плёнок необходимо изменить стандартные условия получения смеси компонентов. При взаимодействии лигнина с ПГА образуется гомогенная полимерная смесь, которая является хрупкой и нуждается в добавления пластификаторов с целью улучшения свойств.
Проблематика. Постійне зростання попиту на пластичні полімерні вироби з одночасним виснаженням запасів викопних джерел, таких як нафта і природний газ, а також посилення проблеми утилізації відходів створюють потребу в пошуку альтернативних технологій, що відповідали б сучасним тенденціям як екологічного, так і економічного курсу світового розвиту. Як така альтернатива розглядаються біопластичні матеріали, що синтезуються з поновлюваних джерел і мають здатність до біорозкладу. Основна перепона сучасних біопластиків, які унеможливлюють повну заміну традиційних пластмас, – висока вартість виробництва. З метою зниження собівартості існуючих біополімерів до складу полімерної матриці додають відходи виробництва. Одним із таких відходів є лігнін – другий найпоширеніший біополімер. Додатковим шляхом зниження собівартості виробництва є пошук більш економічно вигідних продуцентів. Так, класичний мікробний синтез хоч і має досить високу продуктивність, але джерелом карбону для вирощування мікроорганізмів є цукри, які отримують із сільськогосподарської сировини. Новим продуцентом для одержання полігідроксиалканоату (ПГА) є ціанобактерії, джерелом карбону для яких є карбон (IV) оксид або газові викиди підприємств, що знижує собівартість цільового продукту. Мета. Розробка методу отримання біопластику за використання продуктів мікробного синтезу та лігніну. Методика реалізації. Ціанобактерії Nostoc commune вирощували при використанні живильного середовища BG-11 із подальшим лімітуванням за нітрогеном з метою синтезу ПГА. Гідролізний лігнін із твердих порід дерев поєднували з полілактидом (ПЛА) або синтезованим ціанобактеріями ПГА в різних співвідношеннях методом лиття розчину з метою виявлення здатності лігніну та полімерної матриці утворювати полімерні плівки. Результати. Вміст ПГА у клітинах ціанобактерії Nostoc commune при вирощуванні у живильному середовищі, лімітованому за нітрогеном, досяг 7,8 %. Синтезовані полімерні плівки на основі ПЛА та лігніну не були гомогенними, а на основі ПГА є крихкими. Висновки. Показано можливість отримати ПГА за використання ціанобактерій виду Nostoc commune за умов навколишнього середовища, що відрізняються від оптимальних як для вирощування культури, так і для отримання ПГА. Показано можливість отримати біополімер на основі лігніну та ПЛА. Для утворення гомогенних плівок необхідно змінити стандартні умови отримання суміші компонентів. При взаємодії лігніну з ПГА утворюється гомогенна полімерна суміш, яка є крихкою і потребує для набуття необхідних властивостей додавання пластифікаторів.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: