Биодеградация

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Биодеградация (биологический распад, биоразложение) — разрушение сложных веществ, материалов, продуктов в результате деятельности живых организмов; чаще всего при упоминании биодеградации подразумевается действие микроорганизмов, грибов, водорослей. Однако, в строгом смысле, размерами биологических организмов термин не определяется.

Скорость биодеградации определяется видом/видами участвующих организмов, условиями (температурой, влажностью), освещенностью и многими другими факторами.

Роль в биосфере[править | править код]

Биодеградация — один из основных механизмов уничтожения отходов деятельности человека в природе: как отходов, собственно, жизнедеятельности, так и промышленных отходов. В большей или меньшей степени биодеградации подвержены почти все[источник не указан 2437 дней] органические и многие неорганические загрязнители, за исключением разве что радиоактивных веществ. Именно биодеградация является основным механизмом самовосстановления/сопротивления экосистем антропогенным воздействиям.

Использование человеком[править | править код]

Явление может использоваться для практических, не природоохранных целей. Например, биодеградация бытовых (пищевых) отходов применяется для получения биогаза. При этом используется тот факт, что, потребляя отходы различного характера, микроорганизмы выделяют один и тот же продукт — метан.

Биодеградация пластика[править | править код]

Биоразлагаемым называют такие виды пластика, которые сохраняют требуемые свойства и механическую прочность на протяжении периода использования, но разлагаются на составляющие и нетоксические добавки после использования.[1] Такое разложение достигается за счет действия микроорганизмов на материал, обычно представляющий собой нерастворимую в воде пластмассу.[2] Биоразлагаемые пластики получают путем химического синтеза, ферментирования микроорганизмами и из химически измененных естественных материалов (см. Биопластики).[3]

Скорость биоразложения сильно различается для разных видов пластика. Например, трубы на основе ПВХ используются в системах канализации при сборе сточных вод, так как ПВХ сопротивляется биоразложению. Некоторые упаковочные материалы разработаны таким образом, чтобы быстрее деградировать после контакта с окружающей средой.[4]

Примеры синтетических полимеров с быстрым разложением: поликапролактон, другие полиэфиры и ароматические алифатические эфиры (их сложноэфирные связи чувствительны к воздействию воды). Важными примерами являются поли-3-гидроксибутират[en], возобновляемый пластик на основе полилактида, синтетический поликапролактон. Также применяются биоразлагаемые пластики на основе целлюлозы: Ацетилцеллюлоза и целлулоид (нитрат целлюлозы).

Примером пластика с быстрой биодеградацией является полилактид.

В условиях анаэробного разложения (при пониженном содержанием кислорода в среде) пластики разлагаются медленнее. Процесс разрушения может быть ускорен при использовании компостирования (аэробного разложения). Пластмассы на основе крахмала разрушаются в течение двух-четырех месяцев в условиях частного компостирования, тогда как полилактид требует для разложения более высоких температур.[5] Составы на основе поликапролактона и сочетания поликапролактона и крахмала разлагаются медленнее, но наличие крахмала ускоряет разложение, создавая поры и увеличивая площадь поликапролактона. Такие составы разлагаются на протяжении многих месяцев.[6] В 2016 году появились сообщения о бактерии Ideonella sakaiensis, которая разлагает полиэтилентерефталат (ПЭТФ), применяемый в пластиковых бутылках.

В Европейском союзе введены четыре критерия для отнесения материалов к компостируемым (стандарт EN 13432, ГОСТ Р 54530-2011):[7][8][9]

  1. Химический состав: ограничивается содержание летучих веществ, тяжелых металлов, а также фтора
  2. Биоразлагаемость: преобразование микроорганизмами более чем 90 % исходного материала в CO2, воду и минералы в течение не более чем 6 месяцев.
  3. Разрушение структуры: не менее 90 % исходной массы должно разложиться на частицы, которые могут пройти через сито с ячейками 2×2 мм.
  4. отсутствие токсичных веществ и других веществ, которые препятствуют компостированию.

Отрицательные аспекты[править | править код]

Старение/разрушение материалов, порча продуктов питания.

Методы борьбы[править | править код]

  • Охлаждение. Наиболее известный прибор для борьбы с биодеградацией продуктов — бытовой холодильник и морозильник. Охлаждение/замораживание затормаживает или останавливает жизнедеятельность большинства организмов. Это делает возможным длительное хранение не только продуктов питания, но и, например, био-медицинских образцов, медикаментов, химических и биологических веществ (белков, растворов аминокислот и т. п.). Наиболее часто встречающиеся степени охлаждения: около 5 °C — обычные холодильники; около −15°С — бытовые морозильники; до −80°С и до −135°С — морозильники глубокой заморозки — часто применяются для хранения биологических образцов; −196°С — приборы и устройства, использующие жидкий азот (криоконсервация) — обычно применяются для хранения особо чувствительных к биоразложению медицинских образцов.
  • Химобработка. Пропитка материалов или обработка их поверхностей веществами, ядовитыми (реже — отпугивающими) для организмов, вызывающих биодеградацию. Примером может служить пропитка древесины, предотвращающая гниение и/или развитие плесени.
  • Высушивание часто позволяет существенно снизить скорость биодеградации так как организмы для жизнедеятельности нуждаются в воде. Например, обычное мясо при 5 °C портится уже через несколько дней, в то время как сушёное хранится годами при комнатной температуре (и низкой влажности). Аминокислота триптофан, растворённая в воде, биоразлагается в течение недель, чаще — дней, в то время как сухое вещество хранится месяцами без существенных изменений.
  • Стерилизация:
  • Термическая обработка чаще всего применяется к продуктам питания. Нагревание позволяет уничтожить бактерии и, зачастую, их споры, таким образом задерживая процессы биодеградации. Различают разные степени термообработки и разные способы её проведения, например: пастеризацию, кипячение, термическую стерилизацию, автоклавирование.
  • Ультрафиолетовая обработка. Обработка ультрафиолетовым светом позволяет уничтожить микроорганизмы в помещении и на открытых поверхностях, таким образом, уменьшить скорость биодеградации. Метод широко примеряется в биохимических и биомедицинских лабораториях. Недостаток метода: ультрафиолетовая обработка деструктивно действует на многие материалы, в особенности на пластмассы.
  • Радиационная обработка — уничтожение живых организмов ионизирующим излучением.


См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Ikada Y, Tsuji H (February 2000). “Biodegradable polyesters for medical and ecological applications” (PDF). Macromolecular Rapid Communications. 21 (3): 117—132. DOI:10.1002/(sici)1521-3927(20000201)21:3<117::aid-marc117>3.0.co;2-x.
  2. Muller, Rolf-Joachim. Biodegradability of Polymers: Regulations and Methods for Testing // Biopolymers. — 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 (January 2003). “Biodegradable plastics from renewable sources”. Folia Microbiologica. 48 (1): 27—44. DOI:10.1007/bf02931273. PMID 12744074.
  4. Kyrikou I, Briassoulis D (12 Apr 2007). “Biodegradation of Agricultural Plastic Films: A Critical Review”. Journal of Polymers and the Environment. 15 (2): 125—150. DOI:10.1007/s10924-007-0053-8.
  5. Section 6: Biodegradability of Packaging Waste. Www3.imperial.ac.uk.
  6. Wu C (January 2003). “Physical properties and biodegradability of maleated-polycaprolactone/starch composite” (PDF). Polymer Degradation and Stability. 80 (1): 127—134. CiteSeerX 10.1.1.453.4220. DOI:10.1016/S0141-3910(02)00393-2.
  7. Requirements of the EN 13432 standard. European Bioplastics (April 2015).
  8. ГОСТ Р 54530-2011
  9. Polymers, Biodegradable // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Weinheim : Wiley-VCH, 2012. — ISBN 978-3527306732. — DOI:10.1002/14356007.n21_n01.

Ссылки[править | править код]