مزایای بیوپلیمر

[mim-shimi 25686]

پلیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمر ها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند.

 

بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شده اند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شده اند.

پلیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمر ها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند. بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شده اند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شده اند.

 

در روند طبیعی، بیوپلیمر ها و یا همان ماكرومولكول ها، تركیبات داخل سلولی هستند كه قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند.مواد بیوپلیمری در شكل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند. توسعه مواد بیوپلیمری به چنددلیل اهمیت دارد. اول این كه این مواد بر خلاف پلیمر های امروزی كه از مواد نفتی به دست می آیند، به محیط زیست برگشت پذیر هستند؛ بنابراین موادآلوده كننده محیط زیست به شمار نمی آیند. در این خصوص مواد بیوپلیمری در ساخت پلاستیك ها به دو صورت استفاده قرار می شوند.

 

اول استفاده از پلاستیک هایی كه درآنها یک ماده تخریب پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مانندپلی اتیلن) اضافه می شود، درنتیجه این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک می کند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با آن که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، اما به دلیل این که در آنها از همان پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده می شود و استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی آن را تضعیف می کند، موقعیت چندان محکمی ندارند.

 

دوم استفاده از پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی است که به دلیل ساختمان شیمیایی خاص به وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند و خیلی سریع تر از نوع اول به محیط زیست بر می گردند، دردرجه دوم اهمیت مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیك قرار می گیرند، پس هیچ گاه منابع آن محدود و تمام شدنی نیست، در حالی كه مواد پلیمری و پلاستیكی امروزی از سوخت های فسیلی ساخته می شود كه منابع آن محدود و تمام شدنی است. هر چند این منابع در حال حاضر و به ویژه در كشور ما به وفور یافت می شوند، ولی روزی تمام خواهند شد. سومین مزیت بیوپلیمر ها، اقتصادی بودن این مواد است، زیرا تولید بیوپلیمر نیاز زیادی به كارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امكانات می توان به تولید آن مبادرت ورزید. همچنین قیمت بالای نفت خام، كشور ها را به سوی استفاده از این مواد سوق داده است.

 

هر چند امروزه برای کاربردهای بسیار خاص مانند نخ بخیه جراحی(نخ بخیه حل شونده) به کار می روند، ولی دیری نخواهد پایید كه به استفاده گسترده از این پلیمر ها توجه خواهد شد. سه گروه از موجودات زنده می توانند بیوپلیمرها را تولید كنند كه عبارتند از:گیاهان، جانوران و میكروارگانیسم ها كه از این میان گیاهان و میكروارگانیسم ها اهمیت بیشتری دارند.

 

گیاهان تولیدكننده

بیشترین تحقیقات بیوپلیمری روی مهندسی ژنتیك گیاهان تولیدكننده فیبر مانند كتان، كنف و ... متمركز شده است. به عبارت دیگر، توسعه واكنش های مولكولی درون سلولی گیاهان كه به تولید مواد بیوپلیمری منجر می شود، مورد توجه مهندسان ژنتیك و بیوتكنولوژی قرار گرفته است. مواد بیوپلیمری كه در سلول های گیاهی ساخته می شود، بیشتر از جنس پلی هیدروكسی بوتیرات (phb) است. این ماده از نظر خصوصیات فیزیكی و مكانیكی بسیار شبیه پلی پروپیلن حاصل از مواد نفتی است. امروزه با همسانه سازی كردن ژن تولید كننده پلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات در گیاهان معمولی كه قابلیت تولید بیوپلیمر را ندارند، توانسته اند این محصول پلیمری را به طور انبوه تولید كنند. گیاهان، نیشكر، یونجه، درخت خردل و ذرت برای تولید این بیوپلیمر از طریق مهندسی ژنتیك انتخاب شده اند كه ژن تولید كننده این پلیمر به داخل ژنوم این گیاهان وارد می شود و گیاه یادشده را به ساختن بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات قادرمی سازد.

 

ارگانیه های تولیدكننده بیوپلیمر ها

درحدود ۸۰ سال قبل برای نخستین بار بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات از باكتری باسیلوس مگاتریوم جدا سازی شد. ازآن پس دانشمندان بیوپلیمر به دنبال یافتن راه هایی هستند كه تولیدات بیوپلیمری باكتریایی را توسعه دهند و به صورت تجاری درآورند.

 

بیوپلیمر هایی كه سلول های باكتریایی قادر به تولید آن هستند و از آنها جداسازی شده اند، عبارتند از: پلی هیدروكسی آلكانوات (pha)، پلی لاكتیك اسید (pla) و پلی هیدروكسی بوتیرات (pha). این بیوپلیمر ها از نظر خصوصیات فیزیكی به پلیمر های پلی استیلن و پلی پروپیلن شبیه هستند. بیوپلیمر های میكروبی در طبیعت به عنوان تركیبات داخل سلولی میكروب ها یافت می شوند و بیشتر زمانی كه باكتری ها در شرایط نامساعد محیطی قرار می گیرند، اقدام به تولید این مواد می كنند. این مواد در حالت طبیعی به عنوان یك منبع انرژی راحت و در دسترس عمل می كنند.

 

همچنین هنگامی كه محیط اطراف باكتری غنی از كربن باشد و از نظر دیگر مواد غذایی مورد استفاده باكتری دچار كمبود باشد، باكتری اقدام به ساخت بیوپلیمر های یادشده می كند. باكتری ها برای ساختن بیوپلیمر های pha و phb از واكنش های تخمیری استفاده می كنند كه در این واكنش ها نیز ازمواد خام گوناگونی استفاده می شود. Phb به وسیله یك باكتری به نام استافیلوكوكوس اپیدرمیس ساخته می شود كه روی تفاله های حاصل از واكنش های روغن گیری دانه های كنجد رشد می كند و این بیوپلیمر را می سازد.

 

phb در درون سیتوپلاسم باكتری به صورت دانه های ذخیره ای (اینكلوژن بادی) ذخیره می شود كه این مواد را به وسیله سانتریفیوژ و واكنش های شست وشوی چند مرحله ای می توان استخراج و خالص سازی و ازآن استفاده كرد.در یك نتیجه گیری كلی در مورد استفاده از بیوپلیمر ها به جای پلاستیك ها و پلیمر های نفتی می توان گفت كه با توجه به ماهیت و خصوصیات بیوپلیمر ها كه مواد تجدید شونده و قابل برگشت به محیط زیست و یا به عبارتی دوست محیط زیست هستند، استفاده از آنها كاری معقول و اقتصادی خواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به قیمت بالای نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن برای تولید مواد پلاستیكی كه هم آلوده كننده محیط زیست است و هم در جامعه ما ارزش چندانی ندارد، كاری غیر اقتصادی است. پس امید می رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمینه مواد بیوپلیمری در بیشتر كشورها، دركشور ما نیز به این مقوله توجه بیشتری شود و با جانشین كردن مواد بیوپلیمری با پلیمر های نفتی، طلای سیاه را برای آیندگان به میراث بگذاریم.

 

 

منبع: وبلاگ شیمی

[mim-shimi 25686]

لیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمر ها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند. بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شده اند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شده اند.

 

در روند طبیعی، بیوپلیمر ها و یا همان ماكرومولكول ها، تركیبات داخل سلولی هستند كه قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند.مواد بیوپلیمری در شكل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند. توسعه مواد بیوپلیمری به چنددلیل اهمیت دارد. اول این كه این مواد بر خلاف پلیمر های امروزی كه از مواد نفتی به دست می آیند، به محیط زیست برگشت پذیر هستند؛ بنابراین موادآلوده كننده محیط زیست به شمار نمی آیند. در این خصوص مواد بیوپلیمری در ساخت پلاستیك ها به دو صورت استفاده قرار می شوند.

 

اول استفاده از پلاستیک هایی كه درآنها یک ماده تخریب پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مانندپلی اتیلن) اضافه می شود، درنتیجه این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک می کند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با آن که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، اما به دلیل این که در آنها از همان پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده می شود و استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی آن را تضعیف می کند، موقعیت چندان محکمی ندارند.

 

دوم استفاده از پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی است که به دلیل ساختمان شیمیایی خاص به وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند و خیلی سریع تر از نوع اول به محیط زیست بر می گردند، دردرجه دوم اهمیت مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیك قرار می گیرند، پس هیچ گاه منابع آن محدود و تمام شدنی نیست، در حالی كه مواد پلیمری و پلاستیكی امروزی از سوخت های فسیلی ساخته می شود كه منابع آن محدود و تمام شدنی است. هر چند این منابع در حال حاضر و به ویژه در كشور ما به وفور یافت می شوند، ولی روزی تمام خواهند شد. سومین مزیت بیوپلیمر ها، اقتصادی بودن این مواد است، زیرا تولید بیوپلیمر نیاز زیادی به كارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امكانات می توان به تولید آن مبادرت ورزید. همچنین قیمت بالای نفت خام، كشور ها را به سوی استفاده از این مواد سوق داده است.

 

هر چند امروزه برای کاربردهای بسیار خاص مانند نخ بخیه جراحی(نخ بخیه حل شونده) به کار می روند، ولی دیری نخواهد پایید كه به استفاده گسترده از این پلیمر ها توجه خواهد شد. سه گروه از موجودات زنده می توانند بیوپلیمرها را تولید كنند كه عبارتند از:گیاهان، جانوران و میكروارگانیسم ها كه از این میان گیاهان و میكروارگانیسم ها اهمیت بیشتری دارند.

گیاهان تولیدكننده

بیشترین تحقیقات بیوپلیمری روی مهندسی ژنتیك گیاهان تولیدكننده فیبر مانند كتان، كنف و ... متمركز شده است. به عبارت دیگر، توسعه واكنش های مولكولی درون سلولی گیاهان كه به تولید مواد بیوپلیمری منجر می شود، مورد توجه مهندسان ژنتیك و بیوتكنولوژی قرار گرفته است. مواد بیوپلیمری كه در سلول های گیاهی ساخته می شود، بیشتر از جنس پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است. این ماده از نظر خصوصیات فیزیكی و مكانیكی بسیار شبیه پلی پروپیلن حاصل از مواد نفتی است. امروزه با همسانه سازی كردن ژن تولید كننده پلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات در گیاهان معمولی كه قابلیت تولید بیوپلیمر را ندارند، توانسته اند این محصول پلیمری را به طور انبوه تولید كنند. گیاهان، نیشكر، یونجه، درخت خردل و ذرت برای تولید این بیوپلیمر از طریق مهندسی ژنتیك انتخاب شده اند كه ژن تولید كننده این پلیمر به داخل ژنوم این گیاهان وارد می شود و گیاه یادشده را به ساختن بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات قادرمی سازد

ارگانیه های تولیدكننده بیوپلیمر ها

درحدود ۸۰ سال قبل برای نخستین بار بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات از باكتری باسیلوس مگاتریوم جدا سازی شد. ازآن پس دانشمندان بیوپلیمر به دنبال یافتن راه هایی هستند كه تولیدات بیوپلیمری باكتریایی را توسعه دهند و به صورت تجاری درآورند.

بیوپلیمر هایی كه سلول های باكتریایی قادر به تولید آن هستند و از آنها جداسازی شده اند، عبارتند از: پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA)، پلی لاكتیك اسید (PLA) و پلی هیدروكسی بوتیرات (PHA). این بیوپلیمر ها از نظر خصوصیات فیزیكی به پلیمر های پلی استیلن و پلی پروپیلن شبیه هستند. بیوپلیمر های میكروبی در طبیعت به عنوان تركیبات داخل سلولی میكروب ها یافت می شوند و بیشتر زمانی كه باكتری ها در شرایط نامساعد محیطی قرار می گیرند، اقدام به تولید این مواد می كنند. این مواد در حالت طبیعی به عنوان یك منبع انرژی راحت و در دسترس عمل می كنند.

 

همچنین هنگامی كه محیط اطراف باكتری غنی از كربن باشد و از نظر دیگر مواد غذایی مورد استفاده باكتری دچار كمبود باشد، باكتری اقدام به ساخت بیوپلیمر های یادشده می كند. باكتری ها برای ساختن بیوپلیمر های PHA و PHB از واكنش های تخمیری استفاده می كنند كه در این واكنش ها نیز ازمواد خام گوناگونی استفاده می شود. PHB به وسیله یك باكتری به نام استافیلوكوكوس اپیدرمیس ساخته می شود كه روی تفاله های حاصل از واكنش های روغن گیری دانه های كنجد رشد می كند و این بیوپلیمر را می سازد.

 

PHB در درون سیتوپلاسم باكتری به صورت دانه های ذخیره ای (اینكلوژن بادی) ذخیره می شود كه این مواد را به وسیله سانتریفیوژ و واكنش های شست وشوی چند مرحله ای می توان استخراج و خالص سازی و ازآن استفاده كرد.در یك نتیجه گیری كلی در مورد استفاده از بیوپلیمر ها به جای پلاستیك ها و پلیمر های نفتی می توان گفت كه با توجه به ماهیت و خصوصیات بیوپلیمر ها كه مواد تجدید شونده و قابل برگشت به محیط زیست و یا به عبارتی دوست محیط زیست هستند، استفاده از آنها كاری معقول و اقتصادی خواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به قیمت بالای نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن برای تولید مواد پلاستیكی كه هم آلوده كننده محیط زیست است و هم در جامعه ما ارزش چندانی ندارد، كاری غیر اقتصادی است. پس امید می رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمینه مواد بیوپلیمری در بیشتر كشورها، دركشور ما نیز به این مقوله توجه بیشتری شود و با جانشین كردن مواد بیوپلیمری با پلیمر های نفتی، طلای سیاه را برای آیندگان به میراث بگذاریم.

منبع: وب سایت مهندسان شیمی ایران