Биотехнологи разработали технологию синтеза «зеленых» биопластиков на глицерине

Отходы из пластика представляют огромную проблему для экологии

Wikimedia Commons

Биотехнологи Сибирского федерального университета разработали технологию синтеза природоподобных «зеленых» биопластиков на глицерине. Новая технология успешно реализована на опытном производстве СФУ, полученная с ее помощью продукция превосходит зарубежные аналоги. Результаты исследования опубликованы в престижных международных журналах Biomacromolecules и Applied Microbiology and Biotechnology

Реализуемая в современном мире концепция экологически безопасного устойчивого промышленного развития требует создания новых технологий, ориентированных на комплексную переработку отходов и получение экологически чистых энергоносителей и материалов.

Полигидроксиалканоаты (ПГА) — перспективные «зеленые» биопластики, обладающие широким спектром ценных свойств. Они биосовместимы с организмом человека и биоразлагаемы, могут применяться для производства медицинских изделий, упаковочной тары, использоваться в фармакологии, пищевой промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве. К сожалению, стоимость этих полимеров все еще высока, поскольку для их производства требуется дорогостоящее углеродное сырье.

Ученым СФУ, вуза-участника Проекта 5-100, удалось добиться значительного удешевления продукции: биопластики производятся на основе глицерина – доступного и более дешевого по сравнению с сахарами субстрата.

Почему именно глицерин? Потому что его много. И масштабы его производства в мире планомерно возрастают. Глицерин хорош для крупнотоннажного производства ПГА, и связано это с ростом производства биодизеля как альтернативного нефти возобновляемого источника энергии. Согласно оценке аналитиков Oil World, в конце 2016 года мировое производство биодизеля достигло рекордных 33 млн тонн; 10% от этих объемов составляет глицерин как побочный продукт.

Микробиологические процессы синтеза ПГА на глицерине активно исследуются за рубежом, однако у этого субстрата есть один серьезный недостаток – примеси, плохо влияющие на синтез полимера. В итоге продуктивность производства на глицерине значительно уступает «старомодному» производству на дорогих сахарах. Для улучшения показателей производства ПГА на глицерине нужно привлекать новые штаммы и совершенствовать технологические стадии процесса, в том числе в масштабированных вариантах.

«Одной из успешных разработок биотехнологов Сибирского федерального университета стало исследование закономерностей синтеза ПГА на глицерине различной степени очистки. Работы велись в рамках мега-гранта «Агропрепараты нового поколения: стратегия конструирования и реализация». Из авторской коллекции штаммов, способных усваивать глицерин и адаптированных к нему, был выбран наиболее продуктивный штамм бактерий Cupriavidus eutrophus В-10646, обладающий способностью синтезировать ПГА различного состава. Определены границы физиологического действия и кинетические константы по глицерину для исследуемого организма, а также доказано отсутствие негативного влияния примесей, содержащихся в глицерине различной очистки, на урожай биомассы бактерий и синтез полимера», — сообщила руководитель исследования, заведующая базовой кафедрой биотехнологии и лабораторией инновационных препаратов и материалов СФУ профессор Татьяна Волова.

Ученые выявили, что глицерин влияет на свойства ПГА, снижая молекулярную массу и степень кристалличности; последнее особенно важно, поскольку повышает технологические свойства полимера. Определены количественные затраты глицерина, требования к «посевному материалу» для выращивания микроорганизмов, рассчитаны параметры процесса, обеспечивающие высокий урожай биомассы клеток и концентрацию в них полимера. Эти результаты позволили разработать и реализовать в камеральном масштабе (в тридцатилитровом ферментере), а затем и в условиях опытного производства (в ферментере объемом 150 литров) эффективную технологию синтеза полимеров на новом субстрате.

«Нами разработана по-настоящему эффективная и относительно недорогая технология создания биопластиков на новом субстрате. Она успешно масштабирована в условиях уникального для России опытного производства, базирующегося в университете. Достигнутые продукционные показатели превосходят ранее полученные на сахарах и известные зарубежные решения», — резюмировала Волова.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.