Biodegradace

Biodegradace ( biologický rozpad , biodegradace ) - ničení složitých látek , materiálů , produktů v důsledku činnosti živých organismů; nejčastěji se při zmínce o biodegradaci předpokládá působení mikroorganismů , hub , řas . V užším slova smyslu však tento termín není definován velikostí biologických organismů.

Rychlost biologického rozkladu je určena typem(y) zúčastněných organismů, podmínkami (teplota, vlhkost), světlem a mnoha dalšími faktory.

Role v biosféře

Biodegradace je jedním z hlavních mechanismů ničení lidského odpadu v přírodě: jak odpadu, ve skutečnosti životně důležitého, tak průmyslového odpadu. Téměř všechny jsou ve větší či menší míře biologicky odbouratelné. organické a mnohé anorganické polutanty, snad s výjimkou radioaktivních látek . Právě biodegradace je hlavním mechanismem samoléčení/odolnosti ekosystémů vůči antropogenním vlivům .

Lidské použití

Jev lze využít pro praktické, neekologické účely. Například biodegradace domácího (potravinářského) odpadu se využívá k výrobě bioplynu . Využívá se přitom skutečnosti, že mikroorganismy při spotřebě odpadu jiné povahy uvolňují stejný produkt – metan .

Biodegradace plastů

Biologicky rozložitelné plasty jsou takové druhy plastů , které si zachovávají požadované vlastnosti a mechanickou pevnost po celou dobu používání, ale po použití se rozkládají na složky a netoxické přísady. [1] Této degradace je dosaženo působením mikroorganismů na materiál, obvykle ve vodě nerozpustný plast. [2] Biologicky rozložitelné plasty se vyrábějí chemickou syntézou, fermentací mikroorganismy a z chemicky pozměněných přírodních materiálů (viz Bioplasty ). [3]

Rychlost biologického rozkladu se u různých typů plastů značně liší. Například trubky na bázi PVC se používají v kanalizačních systémech pro shromažďování odpadních vod , protože PVC odolává biologickému rozkladu. Některé obalové materiály jsou navrženy tak, aby po vystavení vlivům prostředí rychleji degradovaly. [čtyři]

Příklady rychle degradujících syntetických polymerů: polykaprolakton , další polyestery a aromatické alifatické estery (jejich esterové vazby jsou citlivé na napadení vodou). Důležitými příklady jsou poly-3-hydroxybutyrát , obnovitelný plast na bázi polylaktidu , syntetický polykaprolakton . Používají se také biologicky odbouratelné plasty na bázi celulózy: acetát celulózy a celuloid ( nitrát celulózy ).

V podmínkách anaerobního rozkladu ( s nízkým obsahem kyslíku v prostředí ) se plasty rozkládají pomaleji. Proces degradace lze urychlit použitím kompostování (aerobního rozkladu). Plasty na bázi škrobu se v podmínkách soukromého kompostování rozkládají během dvou až čtyř měsíců, zatímco polylaktid vyžaduje vyšší teploty, aby se rozložil. [5] Formulace na bázi polykaprolaktonu a kombinace polykaprolaktonu a škrobu se rozkládají pomaleji, ale přítomnost škrobu urychluje rozklad, vytváří póry a zvětšuje plochu polykaprolaktonu. Takové sloučeniny se rozkládají po mnoho měsíců. [6] V roce 2016 bylo hlášeno, že bakterie Ideonella sakaiensis degraduje polyethylentereftalát (PET) používaný v plastových lahvích .

Evropská unie zavedla čtyři kritéria pro klasifikaci materiálů jako kompostovatelné (norma EN 13432, GOST R 54530-2011): [7] [8] [9]

1. Chemické složení : obsah těkavých látek, těžkých kovů a fluoru je omezený
2. Biologická odbouratelnost : Mikrobiální přeměna více než 90 % výchozího materiálu na CO2, vodu a minerály během ne déle než 6 měsíců.
3. Destrukce struktury : minimálně 90 % původní hmoty se musí rozložit na částice, které projdou sítem s oky 2x2 mm.
4. nepřítomnost toxických látek a dalších látek, které brání kompostování.

Negativní aspekty

Stárnutí / zničení materiálů, kažení potravin.

Metody boje

• Chlazení . Nejznámějším zařízením pro boj s biodegradací produktů je domácí chladnička a mraznička . Chlazení/zmrazování zpomaluje nebo zastavuje životně důležitou činnost většiny organismů. To umožňuje dlouhodobé skladování nejen potravin, ale např. i biomedicínských vzorků, léků , chemických a biologických látek ( bílkoviny , roztoky aminokyselin atd.). Nejběžnější stupně chlazení jsou: cca 5 °C - běžné chladničky; asi -15°С - mrazničky pro domácnost; do -80°C a do -135°C - hluboké mrazáky - často používané k uchovávání biologických vzorků; −196°С — nástroje a zařízení využívající kapalný dusík ( kryokonzervace ) — se obvykle používají k uchovávání lékařských vzorků, které jsou zvláště citlivé na biodegradaci.
• Chemické zpracování . Impregnace materiálů nebo úprava jejich povrchů látkami, které jsou toxické (méně často repelentní) pro organismy způsobující biodegradaci. Příkladem může být impregnace dřeva, aby se zabránilo hnilobě a/nebo růstu plísní .
• Sušení může často významně snížit rychlost biologického rozkladu, protože organismy potřebují k životu vodu . Například běžné maso se kazí po pár dnech při 5 °C, zatímco sušené maso se roky skladuje při pokojové teplotě (a nízké vlhkosti). Aminokyselina tryptofan rozpuštěná ve vodě se biodegraduje během týdnů, častěji dnů, zatímco sušina je skladována měsíce bez výrazných změn.
• Sterilizace :

• Tepelná úprava se nejčastěji aplikuje na potravinářské výrobky. Zahříváním se ničí bakterie a často i jejich spory, čímž se oddalují biodegradační procesy. Existují různé stupně tepelného zpracování a různé způsoby jeho provedení, například: pasterizace , vaření , tepelná sterilizace , autoklávování .
• UV ošetření . Ošetření ultrafialovým světlem umožňuje ničit mikroorganismy v interiéru i na otevřených plochách, čímž se snižuje rychlost biologického rozkladu. Metoda je široce používána v biochemických a biomedicínských laboratořích. Nevýhoda metody: UV úprava působí destruktivně na mnoho materiálů, zejména plasty.
• Radiační léčba  je ničení živých organismů ionizujícím zářením.

Viz také

• Biologicky odbouratelné implantáty
• Faktory prostředí
• Recyklace odpadu
• Fungicidy

Poznámky

1. ↑ Ikada, Yoshito; Tsuji, Hideto. Biologicky odbouratelné polyestery pro lékařské a ekologické aplikace  //  Macromolecular Rapid Communications : deník. - 2000. - únor ( roč. 21 , č. 3 ). - str. 117-132 . - doi : 10.1002/(sici)1521-3927(20000201)21:3<117::aid-marc117>3.0.co;2-x .
2. ↑ Muller, Rolf-Joachim. Biodegradabilita polymerů: Předpisy a metody pro testování // Biopolymery / Steinbüchel, Alexander. - Wiley-VCH , 2005. - ISBN 978-3-527-30290-1 . - doi : 10.1002/3527600035.bpola012 .
3. ↑ Flieger M., Kantorová M., Prell A., Rezanka T., Votruba J. Biodegradabilní plasty z obnovitelných zdrojů // Folia Microbiologica. - 2003. - Leden ( roč. 48 , č. 1 ). - S. 27-44 . - doi : 10.1007/bf02931273 . — PMID 12744074 .
4. ↑ Kyrikou, Ioanna; Briassoulis, Demetres. Biodegradace zemědělských plastových fólií: Kritický přehled  //  Journal of Polymers and the Environment: journal. - 2007. - 12. dubna ( roč. 15 , č. 2 ). - S. 125-150 . - doi : 10.1007/s10924-007-0053-8 .
5. ↑ Část 6: Biologická rozložitelnost obalového odpadu (odkaz není k dispozici) . www3.imperial.ac.uk. Získáno 2. března 2014. Archivováno z originálu 2. června 2013. (neurčitý) 
6. ↑ Wu, Chin-San. Fyzikální vlastnosti a biologická odbouratelnost kompozitu maleát-polykaprolakton/škrob  (anglicky)  // Polymer Degradation and Stability: journal. - 2003. - Leden ( roč. 80 , č. 1 ). - str. 127-134 . - doi : 10.1016/S0141-3910(02)00393-2 .
7. ↑ Požadavky normy EN 13432 . Evropské bioplasty (duben 2015). Získáno 22. července 2017. Archivováno z originálu dne 24. září 2018. (neurčitý)
8. ↑ GOST R 54530-2011 . Získáno 29. října 2018. Archivováno z originálu dne 29. října 2018. (neurčitý)
9. ↑ Breulmann M., Künkel A., Philipp S., Reimer V., Siegenthaler K.O., Skupin G., Yamamoto M. Polymers, Biodegradable // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry  (anglicky) . - Weinheim: Wiley-VCH , 2012. - ISBN 978-3527306732 . - doi : 10.1002/14356007.n21_n01 .

Odkazy

• I.I. Dědeček. Biodegradace // Ekologický encyklopedický slovník. - Kišiněv: Hlavní vydání Moldavské sovětské encyklopedie . — 1989 (Ruština) . - Kišiněv: Hlavní vydání Moldavské sovětské encyklopedie. I. I. Dedyu. 1989.
• Vývoj technologie pro mikrobiologickou recyklaci domovního polymerního odpadu (nepřístupný odkaz) . JSC "BIOKHIMMASH" Institut aplikované biochemie a strojního inženýrství (2006). Datum přístupu: 22. března 2011. Archivováno z originálu 4. září 2009. (Ruština) 
• Vědecký časopis  Biodegradation
• Vědecký časopis International Biodeterioration and  Biodegradation

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština chorvatský Britannica (online) Moderní Ukrajina
V bibliografických katalozích	GND : 4313252-2 J9U : 987007282567405171 LCCN : sh85014130 NKC : ph137835