تولید پلاستیک تجزیه پذیر به روش های بیولوژیکی

در کشورهایی که به لحاظ تکنولوژی پیشرفته محسوب می شوند ، دفع مواد زاید دشواری های پرهزینه ای را ایجاد می نماید. در سال 1974 کشور آمریکا به تنهایی 126/5 میلیون تن مواد زاید شهری تولید نموده که 7/2 % آن  (بیش از 9 میلیون تن) مواد پلاستیک بوده است ، این رقم از سال 1975 تا 1984 دو برابر شده است. اشیاء پلاستیکی رایج یعنی بطری ها یا بسته بندی ها و ظروف غذا نسبتا تجزیه ناپذیر بوده لذا دوام یافته و غالبا برای حیات وحش خطرناک و زیان آور است.

امید است گروه جدیدی از پلاستیک های تجزیه پذیر به روش های بیوتکنولوژی که توسط میکروارگانیسم ها ساخته می شود راه حل مناسبی در مورد مواد زاید پلاستیکی فراهم سازد. به عنوان مثال عده زیادی از میکروارگانیسم ها پلی بتاهیدروکسی بوتیرات (PHB) را به صورت کربن آلی ذخیره تولید می کنند و همانند نقشی که نشاسته در گیاهان و چربی در انسان به عهده دارد ، PHB هم به عنوان یک منبع ذخیره انرژی در باکتری دارد . باکتری هایی که در محیط متغیر نظیر ترکیبات ازت دار و غنی از جهت منبع کربن انرژی زا مانند گلوکز کشت داده می شوند رشد خود را متوقف ساخته و گلوکز را صرف ساختن پلی بتا هیدروکسی بوتیرات می سازند.

در حقیقت به هنگامی که باکتری آلکالی جنز یوتروفوس(alcaligenes eutrophus) در مقیاس نسبتا وسیع کشت داده می شود این پلی استر 80 درصد وزن خشک باکتری را تشکیل می دهد. این روش در مقایسه با ساخت پلاستیک از مواد نفتی گرانتر می باشد. این ماده ی پلاستیکی سخت و کم دوام با گرمای ذوب بالا (170 درجه سیلیوس) بوده و برای ساختن بطری های نوشابه های غیر الکلی بسیار مناسب است. به طوری که بعدا خواهیم دید ، انواع پلی استرهای دیگر با خواص فیزیکی بسیار متفاوت را می توان با تغییر دادن ترکیب محیط غذایی تولید نمود. برخی از این بیوپلیمرها خواصی شبیه پروپیلن (polypropylene) داشته ، می توان آن ها را به صورت ورق پلاستیک و کیسه به کار برد. همه این نوع پلاستیک ها از طریق بیولوژیک قابل تجزیه بوده و به وسیله میکروارگانیسم در خاک یا لجن فاضلاب ها به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شوند. از این ترکیبات به عنوان نخ بخیه یا وسیله ی رهاسازی دارو ( کپسول) استفاده می کنند که به تدریج با هیدرولیز آنزیمی یا شیمیایی تجزیه می گردند.

برای اینکه تولید PHA از لحاظ اقتصادی بتواند با سایر پلاستیک ها که از فراورده های نفتی تولید می شود، رقابت کند(توجیه پذیر باشد)، ما نیاز داریم که آن را به طور ارزان و حجم زیاد تولید کنیم. یکی از راه هایی که این کار می تواند محقق بشود این است که ژن باکتریایی سنتز کننده  PHAدر محصولات گیاهی مناسب کلون بکنیم. البته این آزمایش در مرحله آزمایشی است اما توانسته اند ژن سازنده PHAباکتری آلکالی جنز یوتروفوس را به طور موفق آمیزی به گیاه آرابیدوپسیس کلون کنند، گیاهی که به طور گسترده برای آزمایش های ژنتیکی استفاده می شود. ژن مهندسی شده PHAطوری طراحی شده است که درون کلروپلاست گیاه بیان بشود، زیرا کلروپلاست محل فتوسنتز گیاه می باشد، ماده های ارگانیک تازه سنتز شده ابتدا در اینجا ظاهر می شود.

پیش بینی نیاز اعظم آینده برای این نو پلیمرهای میکروبی موجب پیدایش دیدگاه هایی در مورد گیاهان تراژنی شده  مثل ذرت پلاستیکی  Plastic Corn))و سیب زمینی پلاستیکی (Plastic Potatoes) شده که حاوی ژن کلون شده PHAهستند، بدان وسیله می توان این پلیمرها را به مقدار فراوان می توان تهیه کرد . همچنین در این گیاهانی تولید نشاسته را متوقف می سازند. بدین نحو ، پلیمرهای تولید شده از طریق کشاورزی که احتمالا گران تر از تولید نشاسته سیب زمینی یا نشاسته ی ذرت تمام نمی شوند ممکن است سبب گردد مواد شیمیایی پایه پتروشیمی جای خود را به پلاستیک ها بدهند.

پلی هیدروکسی آلکانوت

ها (PHA) ترکیبات رایج ذخیره کربن و انرژی هستند که به طور گسترده ای در پروکاریوت ها پیدا می شوند . رایج ترین ترکیب پلی هیدروکسی آلکانوت (PHA) ، پلی 3-هیدروکسی بوتیرات (PHB) است ، که این پلیمر می تواند حتی تا بیش از 90 درصد وزن خشک برخی از باکتری ها را تشکیل دهد . علی رغم هزینه ی بالای تولید آن ها ، تولید بیولوژیکی PHB وارد بازار تجاری شده است. در این یک دهه گذشته PHB به عنوان منبع تجدید شدنی و پلاستیک تجزیه پذیر مورد توجه مجامع علمی و تجاری قرار گرفته است . علاوه بر این ، گرانول های PHB به عنوان مواد محافظت کننده برای کروماتوگرافی پروتئین و immobilization استفاده شده است .

سنتز PHB با جمع شدن دو مولکول استیل کوآ و تشکیل استواستیل کوآ آغاز می شود که در مرحله بعد به هیدروکسی بوتیریل کوآ کاهش می یابد . این ترکیب به عنوان مونومر PHB عمل می کنند و با پلیمریزه شدن , PHB را تشکیل می دهند. بیشتر پلاستیک های تجاری از پلیمره شدن موادنفتی سنتز می شوند که به تجزیه پذیری مقاوم هستند.

ویژگی های PHB

1) غیر محلول در آب و مقاوم به گرما . تفاوت PHB با بسیاری از پلاستیک های زیست تخریب پذیر این است که آن ها محلول در آب هستن یا به رطوبت حساس هستند.

2) مقاوم به ماوراء بنفش ، اما مقاومت ضعیفی در برابر باز و اسید دارند.

3) محلول در کلروفرم و سایر هیدروکربن های با کلر ترکیب شده .

4) زیست سازگار بودن آن ، از این رو به برای محصولات پزشکی مناسب می باشد .

5) نقطه ذوب 175 درجه سیلیسوس

6) فرو رفتن درآب که تجزیه بی هوازی آن را آسان تر می کند

7) غیر سمی بودن

قرار دادن مسیر سنتز PHA  در کلروپلاست به جای بخش اصلی سلول گیاهی , سبب افزایش بازدهی  PHA  تا حدود 100  واحد می شود.گام بعدی انتقال این مسیر به گیاه زراعی خالص مانند دانه های تلقیحی یا دانه ی سویا خواهد بود.بی شک این دست آورد به مفهوم “گل پلاستیکی ” معنای جدیدی خواهد بخشید.

ماده PHB/PHV به وسیله شرکت Zenecaتحت نام تجاری  Biopolبه وسیله موتانت های باکتری Alcaligenes eutrophusساخته شده است.

نویسنده : سعید کارگر