Тесты на биодеградируемость

Аналитические инструменты, используемые для мониторинга процесса биодеградации, включают в себя:

1. Визуальные наблюдения: оценка видимых изменений в пластике может быть выполнена практически во всех тестах. Эффекты, используемые для описания деградации, включают в себя шероховатость поверхности, образование отверстий или трещин, дефрагментацию и изменение цвета или образование биопленок на поверхности. Эти изменения не доказывают наличия процесса биодеградации с точки зрения метаболизма, но параметр визуальных изменений может быть использован в качестве первого признака любой микробной атаки. Для получения информации о механизме деградации более сложные наблюдения могут быть проведены либо с помощью сканирования, либо с помощью просвечивающей оптической микроскопии, либо с помощью атомно-силовой микроскопии АСМ [55].

2. Изменение физических свойств полимера, таких как плотность, угол контакта, вязкость, молекулярно-массовое распределение, температура плавления, температура стеклования с ТГА и ДСК, а также изменения в кристаллической и аморфной областях с использованием рентгеновской дифракции SAXS и WAXS [56]. Биодеградируемость также оценивается по потере веса, потере прочности при растяжении, изменению текущего состояния и изменению молярной массы полимера [57,58].

3. Могут быть измерены изменения химических свойств полимера в синтетических средах, включая образование или исчезновение функциональных групп, определяемых FTIR-спектроскопией. Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение деградированных продуктов или промежуточных продуктов наблюдаются с помощью таких методов, как тонкослойная хроматография (ТСХ), газовый хромато-масс-спектрометр (ГХМС) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР) [34].

4. Выделение CO2 / потребление O2: в аэробных условиях микробы используют кислород для окисления углерода и образуют углекислый газ в качестве основного конечного продукта метаболизма. Следовательно, потребление кислорода (респирометрический тест) или образование углекислого газа (strum тест) является наиболее часто используемым методом измерения биодеградации в лабораторных испытаниях, так как он дает прямую информацию о биоконверсии углеродного скелета полимера в конечный продукт метаболизма [59].

5. Анаэробные микроорганизмы преимущественно производят смесь CO₂ и метана, называемую биогазом, как внеклеточный продукт их метаболических реакций. Это можно проверить с помощью газовой хроматографии или вручную путем титрования гидроксидом бария [60,61].

6. Радиомечение используется, в частности, для исследования медленно разлагающихся материалов в матрице, содержащей источники углерода, отличные от пластмасс [62].

7. Биологические тесты: очень простой полуколичественный метод – это тест "чистой зоны". Это тест на агаровую пластину, в котором полимер диспергируется в виде очень мелких частиц внутри синтетического среднего агара, что приводит к тому, что агар имеет непрозрачный внешний вид. Образование четкого ореола вокруг колонии после инокуляции микроорганизмами указывает на то, что организмы, по крайней мере, способны деполимеризировать полимер, что является первой стадией биодеградации. Этот метод обычно применяется для экранирования организмов, способных разлагать определенный полимер [63,64]. Измерения образования прозрачных зон в агаровых пластинках и метаболической активности клеток в культуре и в биопленке могут быть выполнены с помощью АТФ-анализа, белкового анализа и анализа флавинадениндинуклеотидом (ФАД) [34].

Список литературы

[1] Strong AB. 2006. Plastics: materials and processing3rd ed. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ.

[2] Bhardwaj H, Gupta R, Tiwari A. 2012. Microbial Population Associated with Plastic Degradation. Open Access Sci Rep 5: 1-4.

[3] 2017. SABIC.

[4] 2014. Holy Makah Municipality. Holy Makah Munic.

[5] Nir M, Miltz J, Ram A. 1993. UPDATE ON PLASTICS AND THE ENVIRONMENT: PROGRESS AND TRENDS. I, II. Plast Eng 49:75-93.

[6] Pramila R, Ramesh KV. 2011. Biodegradation of low density polyethylene (LDPE) by fungi isolated from municipal landfill area. J Microbiol Biotechnol 1:131-136.

[7] Mahdiyah D, Mukti BH. 2013. Isolation of Polyethylene Plastic degrading-Bacteria. Biosci Int 2: 29-32.

[8] Singh J, Gupta K. 2014. Screening and Identification of Low density Polyethylene (LDPE) Degrading Soil Fungi Isolated from Polythene Polluted Sites around Gwalior city (MP) Int. Curr Microbiol Appl Sci 3:443-448.

[9] Gouda MK, Swellam AE, Omar SH. 2012. Biodegradation of synthetic polyesters (BTA and PCL) with natural flora in soil burial and pure cultures under ambient temperature. Res J Environ Earth Sci 4: 325-333.

[10] Vroman I, Tighzert L. 2009. Biodegradable Polymers. Materials 2:307-344.

[11] Gnanavel G, Valli VMJ, Thirumarimurugan M, Kannadasan T. 2013. Degradation of polyethylene in the natural environment. Int J Res Eng Technol 2.

[12] Gnanavel G, Valli VMJ, Thirumarimurugan M. 2012. A review of biodegradation of plastics waste. Int J Pharm Chem Sci 1: 670-673.

[13] Ghosh SK, Pal S, Ray S. 2013. Study of microbes having potentiality for biodegradation of plastics. Environ Sci Pollut Res 20:4339-4355.

[14] Imre B, Pukánszky B. 2013. Compatibilization in bio-based and biodegradable polymer blends. Eur Polym J 49:1215-1233.

[15] Arikan EB, Ozsoy HD. 2014. Time to bioplastics, p. 743-750. In Akademik Platform. Istanbul, Turkey.

[16] Jain R, Kosta S, Tiwari A. 2010. Polyhydroxyalkanoates: a way to sustainable development of bioplastics. Chron Young Sci 1:10-15.

[17] Lee K-M, Gimore DF, Huss MJ. 2005. Fungal Degradation of the Bioplastic PHB (Poly-3-hydroxy-butyric acid). J Polym Environ 13:213-219.

[18] Shah AA. 2007. Role of microorganisms in biodegradation of plastics. Quaid-i-Azam University, Islamabad.

[19] 2014. Which Plastic is Which Shrinking Cup Experiment. Left Brain Craft Brain.

[20] Tokiwa Y, Calabia BP, Ugwu CU, Aiba S. 2009. Biodegradability of Plastics. Int J Mol Sci 10:3722-3742.

[21] Raaman N, Rajitha N, Jayshree A, Jegadeesh R. 2012. Biodegradation of plastic by Aspergillus spp. isolated from polythene polluted sites around Chennai. J Acad Ind Res 1: 313-316.

[22] Ishigaki T, Sugano W, Nakanishi A, Tateda M, Ike M, Fujita M. 2004. The degradability of biodegradable plastics in aerobic and anaerobic waste landfill model reactors. Chemosphere 54:225-233.

[23] Priyanka N, Archana T. 2011. Biodegradability of Polythene and Plastic By The Help of Microorganism: A Way for Brighter Future. J Environ Anal Toxicol 1.

[24] Gu J-D. 2003. Microbiological deterioration and degradation of synthetic polymeric materials: recent research advances. Int Biodeterior Biodegrad 52:69-91.

[25] Premraj R, Doble M. 2005. Biodegradation of polymers. Indian J Biotechnol 4:186-193.

[26] Swift G. 1993. Directions for environmentally biodegradable polymer research. Acc Chem Res 26:105-110.

[27] Kawai F. 1995. Breakdown of plastics and polymers by microorganisms. Adv Biochem Eng Biotechnol 52:151-194.

[28] Mohan SK, Srivastava T. 2010. Microbial deterioration and degradation of polymeric materials. J Biochem Technol 2:210-215.

[29] El-Shafei HA, Abd El-Nasser NH, Kansoh AL, Ali AM. 1998. Biodegradation of disposable polyethylene by fungi and Streptomyces species. Polym Degrad Stab 62: 361-365.

[30] Yamada-Onodera K, Mukumoto H, Katsuyaya Y, Saiganji A, Tani Y. 2001. Degradation of polyethylene by a fungus, Penicillium simplicissimum YK. Polym Degrad Stab 72:323-327.

[31] Bonhomme S, Cuer A, Delort A-M, Lemaire J, Sancelme M, Scott G. 2003. Environmental biodegradation of polyethylene. Polym Degrad Stab 81:441-452.

[32] Vasile C. 1993. Degradation and decomposition, p.. In Vasile, C, Seymour, RB (eds.), Handbook of polyolefins: synthesis and properties. Marcel Dekker Inc., New York.

[33] Sivan A. 2011. New perspectives in plastic biodegradation. Curr Opin Biotechnol 22:422-426.

[34] Arutchelvi J, Sudhakar M, Arkatkar A, Doble M, Bhandari S, Uppara PV. 2008. Biodegradation of Polyethylene and Polypropylene. Indian J Biotechnol 7: 9-22.

[35] Tsuchii A, Suzuki T, Takahara Y. 1977. Microbial Degradation of Styrene Oligomer. Agric Biol Chem 41:2417-2421.

[36] Kaplan D, Hartenstein R, Sutter J. 1979. Biodegradation of polystyrene, poly (metnyl methacrylate), and phenol formaldehyde. Appl Environ Microbiol 38:551-553.

[37] Lyklema J, Norde W, van Loosdrecht MCM, Zehnder AJB. 1989. Adhesion of bacteria to polystyrene surfaces. Colloids Surf 39: 175-187.

[38] Kirbaş Z, Keskin N, Güner A. 1999. Biodegradation of polyvinylchloride (PVC) by white rot fungi. Bull Environ Contam Toxicol 63: 335-342.

[39] Webb H, Arnott J, Crawford R, Ivanova E. 2012. Plastic Degradation and Its Environmental Implications with Special Reference to Poly(ethylene terephthalate). Polymers 5: 1-18.

[40] Sharon C, Sharon M. 2012. Studies on Biodegradation of Polyethylene terephthalate: A synthetic polymer. J Microbiol Biotechnol Res 2:248-257.

[41] Madison LL, Huisman GW. 1999. Metabolic engineering of poly(3-hydroxyalkanoates): from DNA to plastic. Microbiol Mol Biol Rev MMBR 63:21-53.

[42] Luengo JM, García B, Sandoval A, Naharro G, Olivera ER. 2003. Bioplastics from microorganisms. Curr Opin Microbiol 6:251-260.

[43] Lee SY. 1996. Bacterial polyhydroxyalkanoates. Biotechnol Bioeng 49: 1-14.

[44] Luzier WD. 1992. Materials derived from biomass/biodegradable materials. Proc Natl Acad Sci 89:839-842.

[45] Tokiwa Y, Jarerat A. 2003. Microbial degradation of aliphatic polyesters. Macromol Symp 201:283-290.

[46] Tansengco M, Tokiwa Y. 1998. Thermophilic microbial degradation of polyethylene succinate. World J Microbiol Biotechnol 14:133-138.

[47] Williams S, Peoples O. 1996. Biodegradable plastics from plants. Chemtech 26: 38-44.

[48] Gilmore DF, Fuller RC, Lenz R. 1990. Biodegradation of poly (beta-hydroxyalkanoates), p. 481-507. In Degradable materials: perspectives, issues and opportunities: the first international scientific consensus workshop proceedings. CRC Press, Boca Raton.

[49] Doi Y, Kumagai Y, Tanahashi N, Mukai K. 1992. Structural Effect on Biodegradation of Microbial and Synthetic Poly (hydroxyalkanoates), Biodegradable Polymer and Plastics.

[50] Scott G. 1990. Photo-biodegradable plastics: Their role in the protection of the environment. Polym Degrad Stab 29: 135-154.

[51] Kumaravel S, Hema R, Lakshmi R. 2010. Production of Polyhydroxybutyrate (Bioplastic) and its Biodegradation by Pseudomonas Lemoignei and Aspergillus Niger. J Chem 7: S536-S542.

[52] Jendrossek D, Schirmer A, Schlegel HG. 1996. Biodegradation of polyhydroxyalkanoic acids. Appl Microbiol Biotechnol 46:451-463.

[53] Jendrossek D. 2001. Microbial degradation of polyesters, p. 293-325. In Biopolyesters. Springer.

[54] Shah AA, Hasan F, Hameed A, Ahmed S. 2008. Biological degradation of plastics: A comprehensive review. Biotechnol Adv 26: 246-265.

[55] Ikada E. 1999. Electron microscope observation of biodegradation of polymers. J Environ Polym Degrad 7: 197-201.

[56] Witt U, Einig T, Yamamoto M, Kleeberg I, Deckwer W-D, Müller R-J. 2001. Biodegradation of aliphatic–aromatic copolyesters: evaluation of the final biodegradability and ecotoxicological impact of degradation intermediates. Chemosphere 44: 289-299.

[57] Sowmya H, Ramalingappa MK, Thippeswamy B. 2014. Biodegradation of Polyethylene by Bacillus cereus. Adv Polym Sci Technol Int J 4: 28-32.

[58] Erlandsson B, Karlson S, Albertsson AC. 1997. The mode of action of corn starch and a pro-oxidant system in LDPE: influence of thermo-oxidation and UV-irradiation on the molecular weight changes. Polym Degrad Stab 55:237-245.

[59] Hoffmann J, Řezníčèková I, Vaňòková S, Kupec J. 1997. Manometric determination of biological degradability of substances poorly soluble in aqueous environments. Int Biodeterior Biodegrad 39:327-332.

[60] Gartiser S, Wallrabenstein M, Stiene G. 1998. Assessment of several test methods for the determination of the anaerobic biodegradability of polymers. J Environ Polym Degrad 6: 159-173.

[61] Reischwitz A, Stoppok E, Buchholz K. 1997. Anaerobic degradation of poly-3-hydroxybutyrate and poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate. Biodegradation 8: 313-319.

[62] Albertsson A-C. 1978. Biodegradation of synthetic polymers. II. A limited microbial conversion of 14C in polyethylene to 14CO2 by some soil fungi. J Appl Polym Sci 22:3419-3433.

[63] Nishida H, Tokiwa Y. 1993. Distribution of poly(β-hydroxybutyrate) and poly(ε-caprolactone)aerobic degrading microorganisms in different environments. J Environ Polym Degrad 1: 227-233.

[64] Abou-Zeid D-M, Müller R-J, Deckwer W-D. 2001. Degradation of natural and synthetic polyesters under anaerobic conditions. J Biotechnol 86: 113-126.