Salttolerante bakterier med appetit på slam laver biologisk nedbrydeligt plast

USA genererer syv millioner tons spildevandsslam årligt, nok til at fylde 2, 500 swimmingpools i olympisk størrelse. Mens en del af dette affald genanvendes til husdyrgødning og andre jordanvendelser, en betydelig mængde bliver stadig bortskaffet på lossepladser. I en ny undersøgelse, Forskere fra Texas A&M University har afsløret en effektiv måde at bruge restslam til at fremstille bionedbrydelig plast.

I septembernummeret af tidsskriftet American Chemical Society (ACS) Omega , forskerne rapporterer, at bakterien Zobellella denitrificans ZD1, findes i mangrover, kan forbruge slam og spildevand til at producere polyhydroxybutyrat, en type biopolymer, der kan bruges i stedet for petroleumsbaseret plast. Ud over at reducere belastningen på lossepladser og miljøet, sagde forskerne Zobellella denitrificans ZD1 tilbyder en måde at skære ned opstrømsomkostninger for bioplastproduktion, et skridt i retning af at gøre dem mere konkurrencedygtige i forhold til almindelig plast.

"Prisen på råvarer til at dyrke biopolymer-producerende bakterier udgør 25-45% af de samlede produktionsomkostninger ved fremstilling af bioplast. disse omkostninger kan reduceres meget, hvis vi kan udnytte en alternativ ressource, der er billigere og let tilgængelig, " sagde Kung-Hui (Bella) Chu, professor i Zachry Institut for Byggeri og Miljø. "Vi har demonstreret en potentiel måde at bruge kommunalt spildevandsaktiveret slam og industrielt spildevand fra landbrug og akvakultur til fremstilling af bionedbrydelig plast. bakteriestammen kræver ikke komplicerede steriliseringsprocesser for at forhindre kontaminering fra andre mikrober, yderligere at reducere drifts- og produktionsomkostninger for bioplast."

polyhydroxybutyrat, en ny klasse af bioplast, produceres af flere bakteriearter, når de oplever en ubalance af næringsstoffer i deres miljø. Denne polymer fungerer som bakteriernes supplerende energireserver, svarende til fedtdepoter hos dyr. I særdeleshed, en overflod af kulstofkilder og en udtømning af enten nitrogen, fosfor eller ilt, få bakterier til at forbruge deres kulstofkilder uregelmæssigt og producere polyhydroxybutyrat som en stressreaktion.

Et sådant medium, der kan tvinge bakterier til at lave polyhydroxybutyrat, er rå glycerol, et biprodukt fra fremstilling af biodiesel. Rå glycerol er rig på kulstof og har ingen nitrogen, gør det til et velegnet råmateriale til fremstilling af bioplast. Imidlertid, rå glycerol indeholder urenheder såsom fedtsyrer, salte og methanol, som kan forhindre bakterievækst. Ligesom rå glycerol, slam fra spildevand har også mange af de samme fedtsyrer og salte. Chu sagde, at virkningerne af disse fedtsyrer på bakteriel vækst og, følgelig, polyhydroxybutyratproduktion var endnu ikke blevet undersøgt.

"Der er et væld af bakteriearter, der laver polyhydroxybutyrat, men kun få, der kan overleve i miljøer med højt saltindhold og endnu færre blandt disse stammer, kan producere polyhydroxybutyrat fra ren glycerol, " sagde Chu. "Vi så på muligheden for, om disse salt-tolererende stammer også kan vokse på rå glycerol og spildevand."

Til deres studie, Chu og hendes team valgte Zobellella denitrificans ZD1, hvis naturlige habitat er mangrovernes saltvand. De testede derefter væksten og evnen af ​​denne bakterie til at producere polyhydroxybutyrat i ren glycerol. Forskerne gentog også de samme forsøg med andre bakteriestammer, som er kendte producenter af polyhydroxybutyrat. Det fandt de ud af Zobellella denitrificans DZ1 var i stand til at trives i ren glycerol og producerede den maksimale mængde polyhydroxybutyrat i forhold til dets vægt uden vand.

Næste, holdet testede væksten og evnerne af Zobellella denitrificans ZD1 til fremstilling af polyhydroxybutyrat i glycerol indeholdende salt og fedtsyrer. De fandt ud af, at selv under disse forhold, det producerede polyhydroxybutyrat effektivt, selv under afbalancerede næringsforhold. Da de gentog eksperimenterne i prøver af højstyrke syntetisk spildevand og spildevandsaktiveret slam, de fandt ud af, at bakterierne stadig var i stand til at lave polyhydroxybutyrat, dog i mindre mængder, end hvis de var i rå glycerol.

Chu bemærkede det ved at udnytte Zobellella denitrificans ZD1 tolerance for salte miljøer, dyre steriliseringsprocesser, som normalt er nødvendige, når man arbejder med andre bakteriestammer, kunne undgås.

" Zobellella denitrificans ZD1 naturlig præference for saltholdighed er fantastisk, fordi vi kan, hvis det er nødvendigt, justere den kemiske sammensætning af affaldet ved blot at tilføje almindelige salte. Dette miljø ville være giftigt for andre bakteriestammer, sagde hun. Så vi tilbyder en lav pris, en bæredygtig metode til fremstilling af bioplast og en anden måde at genbruge bioaffald, der er dyrt at bortskaffe."