Введение
Полимер
Полигидроксибутират (PHB) — это полигидроксиалканоат (PHA), полимер, относящийся к классу полиэстеров, представляющих интерес как биоразлагаемые и полученные из возобновляемых источников пластики. Поли-3-гидроксибутират (P3HB) является, вероятно, наиболее распространенной формой полигидроксиалканоата, но другие полимеры этого класса производятся различными организмами, включая поли-4-гидроксибутират (P4HB), полигидроксивалерат (PHV), полигидроксигексаноат (PHH), полигидроксиоктаноат (PHO) и их сополимеры.
Биосинтез
PHB производится микроорганизмами (такими как Cupriavidus necator, Methylobacterium rhodesianum или Bacillus megaterium), по-видимому, в ответ на условия физиологического стресса; главным образом, в условиях ограниченного доступа к питательным веществам. Полимер является преимущественно продуктом ассимиляции углерода (из глюкозы или крахмала) и используется микроорганизмами как форма молекулы для хранения энергии, которая метаболизируется при недоступности других обычных источников энергии. Микробный биосинтез PHB начинается с конденсации двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА, который затем восстанавливается до гидроксибутирил-КоА. Это последнее соединение затем используется в качестве мономера для полимеризации PHB. Гранулы ПХА извлекаются путем разрушения клеток.
Термопластичный полимер
Большинство коммерческих пластмасс – это синтетические полимеры, полученные из нефтехимического сырья. Они, как правило, устойчивы к биоразложению. Пластмассы на основе PHB привлекательны, поскольку они компостируемы, производятся из возобновляемых ресурсов и биоразлагаемы. Компания ICI довела разработку материала до пилотного производства в 1980-х годах, но интерес угас, когда стало ясно, что стоимость материала слишком высока, а его свойства не соответствуют свойствам полипропилена. Некоторые бутылки были изготовлены для линейки шампуней Wella "Sanara"; образец под торговым названием "Biopol" хранится в коллекции Музея науки в Лондоне. В 1996 году Monsanto (которая продавала PHB в виде сополимера с PHV) приобрела у ICI/Zeneca все патенты на производство полимера, включая торговую марку "Biopol". Однако в 2001 году права Monsanto на Biopol были проданы американской компании Metabolix, а ферментеры Monsanto, производящие PHB из бактерий, были закрыты в начале 2004 года. Monsanto переориентировалась на производство PHB из растений, а не из бактерий. Однако в связи с повышенным вниманием СМИ к генетически модифицированным культурам, о планах Monsanto в отношении PHB практически ничего не известно. В настоящее время Biopol используется в медицине для внутренних швов. Он нетоксичен и биоразлагаем, поэтому его не требуется удалять после заживления. TephaFLEX – это поли-4-гидроксибутират, полученный бактериальным путем и производимый компанией Tepha Medical Devices с использованием процесса рекомбинантной ферментации, предназначенный для различных медицинских применений, требующих биоразлагаемых материалов, таких как рассасывающиеся швы.
Свойства
Нерастворим в воде и относительно устойчив к гидролитическому разложению. Это отличает PHB от большинства других в настоящее время доступных биоразлагаемых пластиков, которые либо растворимы в воде, либо чувствительны к влаге. Обладает хорошей кислородной проницаемостью. Хорошо устойчив к ультрафиолетовому излучению, но плохо устойчив к кислотам и щелочам. Растворим в хлороформе и других хлорированных углеводородах. Биосовместим и поэтому пригоден для медицинского применения. Температура плавления 175 °C, температура стеклования 2 °C. Прочность на растяжение 40 МПа, близкая к прочности полипропилена. Тонет в воде (в то время как полипропилен плавает), что облегчает его анаэробное биоразложение в отложениях. Нетоксичен. Менее липкий в расплавленном состоянии.
История
Полигидроксибутират был впервые выделен и охарактеризован в 1925 году французским микробиологом Морисом Лемонем.
Биоразложение
Фирмикуты и протеобактерии способны разлагать PHB. Виды бактерий Bacillus, Pseudomonas и Streptomyces могут разлагать PHB. Pseudomonas lemoigne, Comamonas sp., Acidovorax faecalis, Aspergillus fumigatus и Variovorax paradoxus – это почвенные микробы, способные к деградации. Alcaligenes faecalis, Pseudomonas и Illyobacter delafieldi выделены из анаэробного ила. Comamonas testosteroni и Pseudomonas stutzeri были выделены из морской воды. Лишь немногие из них способны к разложению при более высоких температурах, за исключением термофильных Streptomyces sp. и термофильного штамма Aspergillus sp.