مقاله روش های جداسازی بیو پلیمرها از محیط تخمیر

بخشی از مقاله

خلاصه

امروزه با توجه به مصرف بسیار زیاد پلیمرهای مقاوم به تخریب زیستی از جمله انواع پلاستیکها در بسته بندی مواد غذایی، کالا و همچنین استفاده از کیسههای پلاستیکی برای جابجایی و حمل زباله مشکل بزرگ تجمع ضایعات پلیمری در طبیعت به وجود آمده است. یکی از راهها برای حل این مشکل تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر میباشد. دراین پژوهش ابتدا به روشهای تولید پلیمرهای تجزیه شونده پرداخته شد، سپس اهمیت توسعه مواد بیوپلیمری، خواص و کاربرد آنها بررسی شد.

.1 مقدمه

با افزایش جمعیت و پیشرفت تکنولوژی، مصرف انواع پلاستیک افزایش چشمگیری داشته است. پلاستیکها به دلیل داشتن ویژگی های خوب نظیر مقاومت، سبکی، دوام و مقاومت در برابر تجزیه در بسیاری از کالاهای مصرفی و پایدار مورد استفاده قرار میگیرند .[1] اما پلاستیکها در برابر تجزیه میکروبی مقاوم میباشند و به نظر میرسد که علت اصلی آن نااشنا بودن پنین سوبستراهای پلیمری-پلاستیکی با عملکرد آنزیمی موجودات زنده و عدم امکان شکست زنجیره میباشد.

در سالهای اخیر، نگرانی عمومی در مورد اثرهای زیانآور پلاستیکهای مصنوعی در محیط افزایش یافته و این مسئله پژوهشگران کشورهای گوناگون را برای توسعه پلاستیکهای زیست تخریب پذیر به تکاپو انداخته است. تولید پلاستیکهای سازگار با محیط زیست نظیر بیوپلاستیکها واقعیتی است که میتواند به ما در حل مشکل آلودگی حاصل از پلاستیکهای تجزیهناپذیر کمک کند . [2 ] تخریب کامل یک کیسه بستهبندی از جنس پلی پروپیلن حدود 90 سال به طول میانجامد در حالیکه پلیمرهای زیست تخریب پذیری نظیر هیدروکسی بوتیرات - PHB - در شرایط مناسب کمپوست طی مدت زمان 6 هفتهای به کامل تجزیه میشوند .[3-5]

بیو پلیمرهای زیست تخریب پذیر از جمله پلی هیدروکسی آلکانوات - PHA - ، پلی هیدروکسی بوتیرات - - PHB، پلی لاکتیک اسید - PLA - و صمغ زانتان توسط باکتریها تولید میشوند. از ویژگیهای بیوپلیمرها میتوان به خاصیت یرگشت پذیری به محیط زیست، اقتصادی بودن و دارا بودن منابع نامحدود اشاره نمود .[6-8] در راستای این مسئله در این پژوهش بررسی هایی روی کاربردها و روشهای تولید این بیوپلیمرها انجام گرفت.

.2 پلی لاکتیک اسید - : - PLA

پلی لاکتیک اسید یک پلی استر گرما نرم آلیفاتیک خطی است که از منابع تجدیدپذیر مثل ذرت می تواند به طور % 100 استخراج شود. البته کاربرد آن محدود به پزشکی مثل نخ بخیه بوده است. ولی امروزه این پلیمر به طور گسترده در بسته بندی، نساجی و تولید ظروف پلاستیکی کاربرددارد .[9] پلی لاکتیک اسید شباهت زیادی به پلاستیک دارد. این فیلم گرمانرم زیست تخریب پذیر و ترکیبی مشتق شده از منابع تجدید شدنی گیاهی ذرت و چغندر قند است .[10]

PLA از معدود پلیمرهایی است که می توان ساختار مولکولی آن را با نسبت ایزومرهای L و D کنترل کرد تا پلیمر بلوری یا بی شکل با وزن زیاد بدست آید. این پلیمر کاربردهای گوناگونی در صنایع پزشکی، به ویژه بسته بندی دارد. PLA به عنوان ماده ای ایمن برای مواد غذایی شناخته شده است و می تواند در تماس با غذا قرار گیرد.این پلیمر بدون احتیاج به وجود کاتالیزور، با آبکافت پیوندهای استری تجزیه می شود. سرعت تجزیه شدن آن به شکل و اندازه شی پلیمری، نسبت ایزومر و دمای آبکافت بستگی دارد.

.1-2 روشها و فرآیندهای سنتز پلی لاکتیک اسید

پلی لاکتیک اسید را میتوان به هریک از دو روش سنتز شیمیایی یا تخمیر تولید کرد.

.1-1-2فرآیندهای تخمیر تولید لاکتیک اسید

به طور کلی فرآیندهای تخمیر صنعتی لاکتیک اسید شامل 4 مرحله زیر است:

1.    تخمیر و خنثی سازی

2.    آبکافت اسیدی با سولفوریک اسید

3.    استری شدن

4.    آبکافت با آب .[11]

.2-2مزایای پلی لاکتیک اسید

اصلیترین مزایای کاربرد پلی لاکتیک اسید عبارتنداز:

.1 جلوگیری از آلودگی محیط زیست، زبالههای ناشی از مصرف کالاهای ساخته شده از پلی لاکتیک اسید با قرار گرفتن در مجاورت خاک، تزیه شده و متلاشی میشوند.

2.    جلوگیری از افزایش گازهای گلخانهای، تولید صنعتی پلی لاکتیک اسید مستلزم کشت گیاهان مورد استفاده به عنوان ماده اولیه در مقیاس انبوه است.

3.    سازگاری با بافت موجود زنده، از آنجا که مواد اولیه تولید پلی لاکتیک اسید، گیاهی هستند، در کاربردهای بسته بندی، به کالاهای بسته بندی شده به ویژه مواد غذایی، مواد شیمیایی و غیر طبیعی منتقل نمی کنند.

4.    کاهش استفاده از منابع نفتی در تولیدات، در تولید پلی لاکتیک اسید، نه تنها از نفت به عنوان ماده اولیه استفاده نمی شود، بلکه فرآیند تولید آن نیز به منابع نفتی کمتری نیاز دارد.

.5استفاده از منابع تجدید پذیر گیاهان به عنوان مواد اولیه تولید پلی لاکتیک اسید، منابعی قابل تولید و بازیافت اند. هریک از این ویژگی ها به تنهایی می تواند دلیلی محکم بر گسترش کاربرد و تولید پلی لاکتیک اسید در مقایسه با پلاستیک های امروزی باشد.

.3-2 چالش های استفاده از پلی لاکتیک اسید

با وجود مزایای زیادی که پلی لاکتیک اسید در مقایسه با سایر زیست پلیمرها دارد، استفاده از آن در صنعت و رقابت با پلیمرهای صنعتی با چند چالش اصلی روبه رو است از جمله این موارد ترد و شکننده بودن که نیاز به اصلاح و بهبود دارد و نفوذ پذیری زیاد به بخارآب و گازها، دمای انتقال شیشه ای کم و پایداری گرمایی ضعیف میباشد.