I batteri tolleranti al sale insieme all’appetito dei fanghi creano plastiche biodegradabili

Zobellella denitrificans ZD1 viene alimentato con fanghi (entrambi mostrati nella provetta) per produrre bioplastiche degradabili. Credito: Dr. Kong Hui (Bella) Chu

Gli Stati Uniti producono ogni anno sette milioni di tonnellate di fanghi di depurazione, sufficienti a riempire 2.500 piscine olimpioniche. Mentre una parte di questi rifiuti viene riutilizzata per il letame e altri usi del suolo, una grande quantità viene ancora smaltita in discarica. In un nuovo studio, i ricercatori della Texas A&M University hanno scoperto un modo efficace per utilizzare i fanghi residui per produrre plastiche degradabili.


Nel numero di settembre della rivista Omega della American Chemical Society (ACS), I ricercatori hanno riferito che i batteri Zobellella denitrificans ZD1, che si trova nelle mangrovie, può consumare fanghi e acque reflue per produrre poliidrossibutirrato, un tipo di biopolimero che può essere utilizzato al posto delle plastiche a base di petrolio. Oltre a ridurre l’onere per le discariche e l’ambiente, secondo i ricercatori Zobellella denitrificans ZD1 fornisce un modo per ridurre i costi iniziali di produzione di bioplastiche e rappresenta un passo avanti per renderlo più competitivo rispetto alla plastica normale.

“Il prezzo delle materie prime per la coltivazione di batteri che producono biopolimeri rappresenta il 25-45% del costo totale di produzione per la produzione di bioplastiche. Certamente, questo costo potrebbe essere notevolmente ridotto se potessimo sfruttare una risorsa alternativa più economica e facilmente ottenibile”, ha detto Kong-Hui (Bella) Cho “Abbiamo dimostrato un modo potenziale per utilizzare i fanghi delle acque reflue urbane e industriali in agricoltura e nell’acqua per produrre plastiche degradabili. Inoltre, Ceppo batterico Non richiede accurati processi di sterilizzazione per prevenire la contaminazione da altri microbi, il che riduce i costi operativi e di produzione delle bioplastiche “.

Il poliidrossibutirrato, una classe emergente di bioplastiche, è prodotto da molte specie batteriche quando incontrano squilibri nutritivi nel loro ambiente. Questo polimero funge da riserva energetica aggiuntiva per i batteri, simile ai depositi di grasso negli animali. In particolare, abbondanti fonti di carbonio e l’esaurimento di azoto, fosforo o ossigeno fanno sì che i batteri consumino in modo intermittente fonti di carbonio e producano poliidrossibutirrato in risposta alla pressione.

Uno di questi mezzi che può costringere i batteri a produrre poliidrossibutirrato è il glicerolo grezzo, che è un sottoprodotto del biodiesel. La glicerina grezza è ricca di carbonio e non contiene azoto, il che la rende una materia prima adatta per la produzione di bioplastiche. Tuttavia, il glicerolo grezzo contiene impurità come acidi grassi, sali e metanolo, che possono essere inibiti Crescita batterica. Come il glicerolo grezzo, anche i fanghi delle acque reflue contengono molti degli stessi acidi grassi e sali. L’effetto di questi acidi grassi sulla crescita batterica, e quindi sulla produzione di poliidrossibutirrato, non è stato ancora studiato, ha detto Zhu.

“Ci sono una moltitudine di Specie batteriche Quelli che producono poliidrossibutirrato, ma solo pochi possono sopravvivere in ambienti ad alto contenuto di sale e ancora meno tra questi ceppi possono produrre poliidrossibutirrato dal glicerolo puro “, ha detto Chu. Abbiamo studiato il potenziale di crescita di questi ceppi che tollerano il sale di glicerina grezza e le acque reflue “.

Per i loro studi, ha scelto Chu e il suo team Zobellella denitrificans ZD1, il suo habitat naturale è l’acqua salata delle foreste di mangrovie. Quindi hanno testato la crescita e la capacità di questi batteri di produrre poliidrossibutirrato in glicerolo puro. I ricercatori hanno anche ripetuto gli stessi esperimenti con altri ceppi batterici noti per la produzione di poliidrossibutirrato. L’hanno trovato Zobellella denitrificans DZ1 era in grado di prosperare in glicerolo puro e ha prodotto la più grande quantità di poliidrossibutirrato in proporzione al suo peso senza acqua.

Successivamente, il team ha testato crescita e abilità Zobellella denitrificans ZD1 per produrre poliidrossibutirrato in glicerolo contenente sale Acidi grassi. Hanno scoperto che, anche in queste condizioni, produceva in modo efficiente poliidrossibutirrato, anche in condizioni nutritive equilibrate. Quando hanno ripetuto esperimenti con campioni di acque reflue industriali ad alta resistenza e fanghi attivi con acque reflue, hanno scoperto che i batteri erano ancora in grado di produrre poliidrossibutirrato, nonostante quantità inferiori rispetto al minerale. Glicerina.

Zhou lo ha indicato toccando Zobellella denitrificans ZD1 tollera gli ambienti salati, i costosi processi di sterilizzazione che sono solitamente richiesti quando si lavora con altri ceppi di batteri possono essere evitati.

Zobellella denitrificans La naturale preferenza di ZD1 per la salinità è notevole perché possiamo, se necessario, modificare la composizione chimica dei rifiuti aggiungendo solo co-sali. Ha detto che questo ambiente sarebbe tossico per altri ceppi di batteri. Pertanto, offriamo un modo sostenibile ea basso costo per produrre bioplastiche e un altro modo per riutilizzare i rifiuti biologici il cui smaltimento è costoso.


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maggiori informazioni:
Fahd Asiri et al., Dai rifiuti organici alle bioplastiche: la fattibilità della produzione di poli (3-idrossibutirrato) non sterile di Zobellella denitrificans ZD1, Omega ACS (2020). DOI: 10.1021 / acsomega.9b04002

la citazione: I batteri tolleranti al sale con un appetito per i fanghi rendono la plastica biodegradabile (2020, 15 dicembre) Estratto il 15 dicembre 2021 da https://phys.org/news/2020-12-salt-tolerant-bacteria-appetite-sludge-biodegradable . linguaggio di programmazione

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