Polihidroxibutirato
Os polihidroxibutiratos (PHB) son polihidroxialcanoatos (PHA), polímeros que pertencen á clase dos poliésteres, que son de interese por seren plásticos bioderivados e biodegradables.[1] Algúns microorganismos producen PHB e almacénano como fonte de carbono e enerxía. O poli-3-hidroxibutirato (P3HB ou poli-beta-hidroxibutirato) é unha forma de PHB, que probablemente é o tipo máis común de polihidroxialcanoato, pero outros polímeros desta clase son producidos por diversos organismos, como o poli-4-hidroxibutirato (P4HB), o polihidroxivalerato (PHV), o polihidroxihexanoato (PHH), o polihidroxioctanoato (PHO) e os seus copolímeros.
Pode utilizarse tamén a fermentación para producir o alcohol necesario para producir o plástico, aínda que esta fonte renovable de enerxía é cara e non se utiliza comercialmente.[2]
Biosíntese en bacterias
editarDiversos microorganismos bacterianos e arqueanos producen PHB (por exemplo Cupriavidus metallidurans [3], Methylobacterium rhodesianum ou Bacillus megaterium) aparentemente en resposta a condicións de estrés fisiolóxico.[4] O polímero é principalmente un produto da asimilación do carbono (a partir de glicosa ou amidón) e os microorganismos emprégano como unha forma de almacenar enerxía, que pode ser metabolizada cando outras fontes de enerxía escaseen.
A biosíntese microbiana de PHB empeza coa condensación de dúas moléculas de acetil-CoA para formar acetoacetil-CoA, o cal seguidamente se reduce a hidroxibutiril-CoA. Este último utilízase como monómero para polimerizar o PHB.[5] Os monómeros únense por enlace éster, formando os polímeros. A lonxitude destes polímeros varía desde 4 unidades a 18, segundo a especie. Os polímeros agréganse formando gránulos.[6] Os gránulos poden ser recuperados rompendo as células por distintos métodos.[7]
-3-hydroxybutyrat.svg)
Polímero termoplástico
editarA maioría dos plásticos comerciais son polímeros sintéticos derivados petroquímicos. Adoitan ser resistentes á biodegradación. Os plásticos derivados do PHB son interesantes porque son compostables e derivados de fontes renovables e son biodegradables.
A compañía ICI desenvolveu un material para probar a súa produción nunha planta piloto na década de 1980, pero decaeu o interese cando quedou claro que o custo do material era demasiado alto, e as súas propiedades non eran comparables ás do polipropileno.
En 1996 Monsanto (que vendía o PHB como copolímero con PHV co nome comercial Biopol) mercou todas as patentes a ICI/Zeneca. Despois Monsanto vendeu os dereitos á compañía Metabolix en 2001[8] e os fermentadores de Monsanto que producían PHB a partir de bacterias foron pechados en 2004. Monsanto empezou a orientar a produción de PHB a partir de plantas en vez de bacterias.[9][10]
En 2005, a compañía norteamericana Metabolix, recibiu un premio presidencial (Presidential Green Chemistry Challenge Award) polo seu desenvolvemento e comercialización dun método rendible de fabricar PHAs en xeral, incluíndo o PHB.
Biopol utilízase actualmente na industria médica para fabricar suturas internas. Non é tóxico e é biodegradable.
Propiedades dos PHB
editar- Insoluble en auga e relativamente resistente á degradación hidrolítica. Isto diferenza o PHB da maioría dos outros plásticos biodegradables actualmente dispoñibles, que son solubles en auga ou sensibles á humidade.
- Boa permeabilidade ao oxíxeno.
- Boa resistencia á luz ultravioleta pero pouca resistencia a ácidos e bases.
- Soluble en cloroformo e outros hidrocarburos clorados.[11]
- Biocompatible e, por tanto, adecuado para aplicacións médicas.
- Punto de fusión de 175 °C, e temperatura de transición vítrea de 2 °C.
- Resistencia á tensión de 40 MPa, próxima á do polipropileno.
- Afúndese en auga (ao contrario que o propileno, que flota), facilitando a súa degradación anaeróbica nos sedimentos.
- Non é tóxico.
- Menos "pegañento" cando se funde, o que fai que sexa un material potencialmente bo para a fabricación de roupa no futuro.
Historia
editarO polihidroxibutirato foi illado por primeira vez e caracterizado en 1925 polo microbiólogo francés Maurice Lemoigne.[12]
Biodegradación
editarO PHB é biodegradable. As bacterias Firmicutes e as Proteobacteria poden degradalo. Especies dos xéneros Bacillus, Pseudomonas e Streptomyces poden degradar PHB. Especies de bacterias como Pseudomonas lemoigne, Comamonas sp., Acidovorax faecalis, Variovorax paradoxus e o fungo Aspergillus fumigatus son microbios presentes no solo con capacidade para degradalo. Outras especies son Alcaligenes faecalis, especies de Pseudomonas, e Illyobacter delafieldi, que poden obterse de lodos anaeróbicos, e Comamonas testosterone e Pseudomonas stutzeri, que viven no mar. Poucos destes organismos poden facer a degradación a altas temperaturas, pero si algúns Streptomyces sp. termófilos e unha cepa termófila de Aspergillus sp. [13]
Notas
editar- ↑ Frieder W. Lichtenthaler "Carbohydrates as Organic Raw Materials" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2010, Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.n05_n07 10.1002/14356007.n05_n07
- ↑ Resumo do premio polos PHAsde EPA.gov.Retrieved July 04,2012.
- ↑ antes chamada Ralstonia metallidurans e antes Ralstonia eutropha e Alcaligenes eutrophus
- ↑ Ackermann, Jörg-uwe; Müller, Susann; Lösche, Andreas; Bley, Thomas; Babel, wolfgang (1995). "Methylobacterium rhodesianum cells tend to double the DNA content under growth limitations and accumulate PHB". Journal of Biotechnology 39 (1): 9–20. ISSN 0168-1656. doi:10.1016/0168-1656(94)00138-3.
- ↑ Steinbüchel, Alexander (2002). Biopolymers, 10 Volumes with Index. Wiley-VCH. ISBN 3-527-30290-5.
- ↑ M. T. Madigan, J. M. Martinko, J. Parker. Brock - Biología de los Microorganismos. 10ª edición. Pearson-Prentice Hall. Páxina 92. ISBN 84-205-3679-2.
- ↑ Jacquel, N.; et al. (2008). "Isolation and purification of bacterial poly(3-hydroxyalkanoates)". Biochem. Eng. J. 39 (1): 15–27. doi:10.1016/j.bej.2007.11.029.
- ↑ "METABOLIX PURCHASES BIOPOL ASSETS FROM MONSANTO". Arquivado dende o orixinal o 04 de febreiro de 2007. Consultado o February 17, 2007.
- ↑ Poirier, Y; Somerville C; Schechtman LA; Satkowski MM; Noda I. (1995). "Synthesis of high-molecular-weight poly([R]-(-)-3-hydroxybutyrate) in transgenic Arabidopsis thaliana plant cells". Int. J. Biol. Macromol. 17 (1): 7–12. PMID 7772565. doi:10.1016/0141-8130(95)93511-U.
- ↑ "Plastics You Could Eat". Consultado o November 17, 2005.
- ↑ Jacquel, N.; et al. (2007). "Solubility of polyhydroxyalkanoates by experiment and thermodynamic correlations". AlChE J. 53 (10): 2704–2714. doi:10.1002/aic.11274.
- ↑ Lemoigne, M. (1926) Produits de dehydration et de polymerisation de l’acide ß-oxobutyrique. Bull. Soc. Chim. Biol. 8, 770–782.
- ↑ Yutaka Tokiwa; Buenaventurada P. Calabia; Charles U. Ugwu; Seiichi Aiba (September 2009). "Biodegradability of Plastics". International Journal of Molecular Science 9: 3722–3742.