<р>
Когда мы пользуемся пластиковыми изделиями, задумывались ли мы когда-нибудь о последствиях использования этих изделий? Особая химическая структура пластика чрезвычайно затрудняет его естественное разложение в окружающей среде, что не только отягощает экологическую среду, но и влияет на здоровье человека. Чтобы найти решения, ученые начали изучать различные организмы и связанные с ними биоразлагаемые добавки, пытаясь изменить судьбу пластика. Вот почему пластик не разлагается естественным путем и как существующие биотехнологии могут помочь пластику регенерировать.
Неразлагаемость пластика
<р>
Большинство синтетических пластиков являются небиоразлагаемыми материалами, и на их полное разложение в естественной среде могут уйти десятилетия или даже столетия. Это связано с тем, что молекулярная структура пластика стабильна и в ней отсутствуют разрушающие ферменты микроорганизмов, которые могут легко его разрушить. Кроме того, когда пластмассы подвергаются фотоокислению или термическому разложению под воздействием солнечного света и тепла, их молекулярная структура может просто распадаться на более мелкие, но все же вредные микропластики, а не подвергаться настоящему биоразложению.
Рост биоразлагаемых добавок
<р>
Появление биоразлагаемых добавок открывает новый способ решения проблемы пластикового загрязнения. Эти добавки могут увеличить скорость разложения пластика микроорганизмами, в результате чего пластик больше не будет постоянным источником вреда для окружающей среды. Эти добавки обычно существуют в форме маточной смеси с использованием смол-носителей, таких как полиэтилен и полипропилен, для ускорения процесса разложения.
Биоразлагаемые добавки привлекают микроорганизмы к поверхности пластика для их разложения посредством определения кворума.
Механизм биоразложения
<р>
Механизмы микробной деградации пластмасс часто включают прямое и косвенное действие. Прямое действие означает, что определенные микроорганизмы могут напрямую поглощать пластиковый мусор, используя углерод в пластике в качестве источника питательных веществ. Исследования показали, что такие микроорганизмы, как Brevibacillus borstelensis, могут эффективно поглощать полиэтилен.
Косвенное действие заключается в расщеплении пластика посредством ферментов микроорганизмов, тем самым вызывая его деградацию.
Разложение в различных условиях окружающей среды
<р>
На процесс биодеградации влияют условия окружающей среды и разделяют на два состояния: аэробное (аэробное) и анаэробное (без кислорода). В аэробных условиях микроорганизмы используют кислород в качестве акцептора электронов, а конечными продуктами являются углекислый газ и вода. По сравнению с анаэробным процессом другие химические вещества (такие как серная кислота, азотная кислота и т. д.) служат акцепторами электронов и генерируют метан. В обоих случаях микроорганизмы могут участвовать в разложении пластика с помощью ферментов.
Основные виды биоразлагаемых добавок
Крахмал
<р>
Крахмал является распространенной биоразлагаемой добавкой, поскольку представляет собой полимерный углевод, который непосредственно потребляется микроорганизмами. Возобновляемость крахмала и низкая стоимость делают его идеальным выбором. Сочетание с полиэтиленом делает пластик более гидрофильным и повышает эффективность разложения микроорганизмами.
Биологическое улучшение
<р>
Биоаугментация — это добавление в пластик определенных штаммов микроорганизмов для улучшения его разлагаемости. Этот метод успешно использовался в компостируемых пластиках для ускорения естественного процесса разложения пластиков. На примере Geobacillus thermoleovorans успешное прикрепление и разложение этого микроорганизма в различных средах способствует биодеградации полимолочной кислоты.
Кислородная помощь
<р>
Функция кислородной добавки заключается в обеспечении микроорганизмов более низкомолекулярными источниками углерода за счет повышения скорости термического и фотоокисления. Хотя эти добавки могут ускорить процесс разложения, если они производят не полностью разложившийся пластик, они могут привести к образованию микропластика. Поэтому при его использовании требуется осторожность.
Воздействие на окружающую среду
<р>
Если биоразлагаемые добавки могут быть успешно применены, они будут иметь большое значение для снижения накопления пластика в окружающей среде. В связи с ростом глобального использования пластика поиск новых разлагаемых добавок, сокращающих время разложения, стал актуальной темой исследований. Сокращение времени деградации с десятилетий до месяцев или даже лет — цель, достойная наших ожиданий и усилий.
<р>
Столкнувшись с огромными экологическими проблемами, вызванными пластиком, думаете ли вы, что новые технологии и биологические решения действительно смогут спасти нашу планету?