Статистическая оптимизация P(3HB

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9005 (2023) Цитировать эту статью

178 Доступов

Подробности о метриках

Поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксигексаноат) [P(3HB-co-3HHx)] представляет собой бактериальный сополимер семейства полигидроксиалканоатов (ПГА), биопластик нового поколения. Наша исследовательская группа недавно разработала новый бактериальный штамм, продуцирующий P(3HB-co-3HHx), Cupriavidus necator PHB-4/pBBR_CnPro-phaCRp. Этот штамм может продуцировать P(3HB-co-2 мол.% 3HHx) с использованием сырого пальмоядрового масла (CPKO) в качестве единственного углеродного субстрата. Однако улучшение продукции сополимера P(3HB-co-3HHx) этим штаммом до сих пор не изучалось. Таким образом, данное исследование направлено на улучшение производства сополимеров P(3HB-co-3HHx), содержащих композиции мономеров с более высоким содержанием 3HHx, с использованием методологии поверхности отклика (RSM). В масштабе колбы были изучены три важных фактора для получения сополимеров P(3HB-co-3HHx), а именно концентрация CPKO, концентрация гексаноата натрия и время культивирования. В результате при использовании оптимизированных условий RSM было получено максимум 3,6 ± 0,4 г/л P(3HB-co-3HHx) с 4 моль% композиций 3HHx. Аналогичным образом, более высокий состав мономера 3HHx (5 моль%) был получен при увеличении ферментации в биореакторе с мешалкой объемом 10 л. Кроме того, свойства полученного полимера были аналогичны рыночным свойствам P(3HB-co-3HHx), что делает этот полимер пригодным для широкого спектра применений.

Пластиковое загрязнение стало одной из наиболее серьезных глобальных экологических проблем. Очевидно, пандемия COVID-19 способствовала огромному всплеску одноразового пластика на основе нефти, например, перчаток, защитных медицинских костюмов, масок, бутылочек с дезинфицирующим средством для рук, пластика для еды на вынос, пищевых контейнеров и наборов для медицинских анализов1,2. Эти обычные пластики не поддаются биологическому разложению и могут оставаться на свалках и в морской воде в течение многих лет, оказывая существенное влияние на качество почвы, микробную активность, фауну и флору3. В результате попадания в пищевую цепь это создает риск для здоровья человека4. Из-за этих опасений биоразлагаемые пластики, практически не оказывающие воздействия на окружающую среду, приобрели популярность в качестве альтернативы пластикам на основе нефти. Кроме того, ожидается, что они станут частью будущей экономики замкнутого цикла, которая поможет в достижении аспектов Целей устойчивого развития ООН (ЦУР)5,6.

Полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют собой полиэфиры, образующиеся в природе в качестве внутриклеточных запасных соединений, накапливаемых в качестве энергетического резерва некоторыми бактериями и архей в условиях стресса7,8. ПГА представляют собой термопласты со свойствами, сравнимыми с традиционными полимерами на основе нефти, такими как полипропилен (ПП) и полиэтилен (ПЭ)9,10. Интересно, что полимеры семейства ПГА демонстрируют выдающуюся биоразлагаемость даже при воздействии морской воды11, что делает ПГА многообещающей заменой пластикам на нефтяной основе. ПГА подразделяются на две группы в зависимости от числа атомов углерода в мономерных компонентах: ПГА с короткой длиной цепи (SCL-PHA, C3-C5), которые состоят из 3–5 углеродных мономеров, и ПГА со средней длиной цепи (MCL). -PHA, C6-C14), которые состоят из 6–14 углеродных мономеров в 3-гидроксиалканоатных звеньях12,13.

В настоящее время идентифицировано более 150 типов ПОА14, включая гомополимеры и сополимеры, например, поли(3-гидроксибутират) [P(3HB), поли(3-гидроксибутират-ко-4-гидроксибутират) [P(3HB-co -4HB)], поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксивалерат) [P(3HB-co-3HV)], поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксигексонат) [P(3HB-co-3HHx)] Среди сополимеров ПГА особенно желателен поли(3-гидроксибутират-со-3-гидроксигексаноат) [P(3HB-co-3HHx)] из-за его превосходной гибкости и сходства с различными популярными полимерами на основе нефти, что делает его более предпочтительным. более применим для практического применения, чем жесткий гомополимер P(3HB)15,16.Кроме того, благодаря своей превосходной биосовместимости и биоразлагаемости P(3HB-co-3HHx) является подходящим сополимером-кандидатом для биомедицинских применений17.