Técnica de biodegradação anaeróbica

 

 

A Biodegradação anaeróbia de plásticos contendo Eco-One ™ é definida como um processo que ocorre na ausência de oxigênio devido à ação de enzimas que são secretadas pelos organismos vivos (bactérias, fungos, etc) e leva à mineralização de plásticos tais como CO2 , CH4, e biomassa Enzimas são catalisadores biológicos, ou seja, acelerar ou aumentar as taxas de reação nos organismos vivos, sem sofrer qualquer mudança permanente. De fato, na ausência de enzimas, a maioria das reações do metabolismo celular não ocorrerá. Um Polímero biodegradável é um processo heterogêneo. Polímeros comerciais não consistem apenas de apenas um componente químico, mas contém várias misturas de polímeros de cadeias de comprimento diferente e ramos associados, bem como aditivos de menor peso molecular. A natureza complexa heterogênea dos plásticos não permite aos micróbios acesso directo ao carbono nas cadeias de polímeros.

Microorganismos não são capazes de transportar os polímeros heterogêneos diretamente através de suas membranas celulares exteriores para dentro das células, onde a maioria dos processos bioquímicos ocorrem,  devido à falta de água e solubilidade do comprimento das moléculas do polímero. A fim de utilizar polímeros contendo Eco-One ™ como uma fonte de energia de carbonos, os microorganismos utilizam um processo especial enzimática. A iniciação do processo depende da formação de biofilme (a ligação das enzimas ao substrato). Biofilme é uma camada viscosa entre os micróbios e os polímeros contendo Eco-One ™, onde as células bacterianas encerram-se em uma matriz de polissacarídeos e proteína hidratada que é composto principalmente de água (80-95%). Este biofilme liga-se diretamente ao longo da superfície dos polímeros contendo Eco-One ™. Este contato íntimo permite aos micróbios excretar enzimas extracelulares diretamente sobre a superfície do polímero, causando a despolimerização do polímero fora das células.
A degradação enzimática de um polímero pode ser considerado um processo de duas etapas, em que na primeira a enzima se liga ao substrato de polímero e catalisa um colapso do polímero contendo Eco-One ™ para oligômeros de baixo peso molecular. Os polímeros com um peso molecular maior que 500-1000 não vão passar pela célula microbiana para a sua transformação bioquímica. Formação de biofilmes em polímeros que não contêm Eco-One ™ é geralmente muito lento e difícil, daí a terminologia “acelerada” ao descrever a degradação biológica de polímeros contendo Eco-One ™.


Este ataque inicial sobre o polímero por enzimas pode ocorrer por dois mecanismos diferentes, conhecidas como exo-e endo-ataque. Ambos diferentes onde na cadeia polimérica um vínculo é criado e os produtos de degradação podem resultar. Durante a degradação, exo-enzimas dos microorganismos se anexam no terminal cadeia polimérica, muitas vezes com uma preferência por uma porção final da cadeia sobre o outro e quebrando polímeros complexos produzindo cadeias curtas ou moléculas menores. Como por exemplo, oligômeros, dímeros e monômeros, que são pequenos o suficiente para passar a semi-permeável camada exterior das membranas bacterianas, e depois para ser utilizado como carbono e fontes de energia. Pelo contrário, o ataque endo pode, em princípio, ocorrer em qualquer local ao longo do comprimento da cadeia de polímero e, nesse caso, uma mistura de produtos de baixo peso molecular resulta. Essa ação aumenta a hidrofilibidade endo superfície do substrato do polímero (permitindo uma área cada vez maior de formação de biofilme). As enzimas também começam a se difundir por todo o polímero através do fenômeno amorphogenesis – um inchaço e difusão das enzimas em toda a estrutura mecânica do polímero. O processo amorphogenesis pode ser melhor descrito como a combinação do desdobramento do conteúdo cristalino do polímero, e o inchaço difundido da umidade através do polímero, permitindo aos micróbios atacá-lo. Há também um espaço criado pela conversão do conteúdo amorfo pelos micróbios. Este processo é repetido várias vezes com os micróbios continuando a facilmente assimilar estas espécies de baixo peso molecular. Subrodutos primários da biodegradação anaeróbia será biomassa microbiana, CO2, CH4 e H2O.

A dispersão homogênea de Eco-One ™ em toda a matriz de polímero morfológica é o elemento chave no estabelecimento de um biofilme microbiano. Uma vez que o biofilme é estabelecido, a biodegradação enzimática continuará sem interrupção até os micróbios consumirem o carbono contido no polímero. O mecanismo é o mesmo, se é com PEBD, PP, PEAD, PET, etc

Como se pode ver, a biodegradação anaeróbica de polímeros contendo Eco-One ™ é um processo tridimensional complexo. Biodegradação anaeróbica não é uma simples redução química de polímeros de menor peso molecular de espécies químicas. Como resultado, a medição do progresso da ação microbiana é a melhor medida através de meios estequiométrica, em vez de rotas de medidas físicas. O progresso deste processo é a melhor medida através da evolução de CH4 e CO2.

A Metodologia ASTM D5511 é baseada na natureza confiável da estequiometria impulsionado pela biodegradação anaeróbica em que CH4 e CO2 será produzido quando a biodegradação por meio da ação microbiana está ocorrendo.

Muitas medidas alternativas para a biodegradação têm sido propostas ao longo dos anos. Fundamentalmente, essas medidas procuram uma redução física das propriedades mecânicas e tentar correlacioná-los indiretamente à biodegradação como prova de biodegradação.

Uma tal metodologia proposta é a utilização de cromatografia de permeação em gel (GPC) como prova de biodegradação. A lógica por trás da proposta é que uma simples redução de peso molecular poderão fornecer prova de biodegradação. O equipamento de teste separa as moléculas de um corpo de prova de acordo com seu volume hidrodinâmico e usa uma relação entre volume e viscosidade para obter uma medida da distribuição estatística dos pesos moleculares encontrados no material de teste poliméricos. Porque o equipamento de teste GPC separa as moléculas de acordo com seu volume hidrodinâmico, pode não adequadamente distinguir entre polímeros de cadeia ramificada e linear de mesma massa molecular. A GPC pode também não distinguir adequadamente as mudanças nas características morfológicas associadas com a biodegradação. Um polímero, que tem sido degradado por ação microbiana, não pode mudar significativamente em volume hidrodinâmico como as regiões cristalinas e amorfas regiões unfold swell para manter o mesmo volume hidrodinâmico com o qual começou. Como resultado, a análise de GPC não tem sido bem sucedidos em fornecer medições confiáveis ​​para todos os tipos de polímeros e embora possa ser usado para certas classes de polímeros, métodos de ensaio estequiométrica, como ASTM D5511 fornecem medição direta da evolução da degradação e devem ser usados como o padrão primário para a biodegradação anaeróbica.