Využití termofilních bakterií k biodegradaci syntetických a přírodních polymerů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Tato bakalářská práce se zabývá využitím termofilní bakterie Schlegelella thermodepolymerans k biodegradaci vybraných polymerů, mezi které patří poly(3-hydroxybutyrát) (PHB), polyester kyseliny mléčné (PLA) a poly(butylen adipát-co-tereftalát) (PBAT). V teoretické části práce jsou přiblíženy vlastnosti a původ těchto bioplastů, charakteristika studovaných bakterií a celkový průběh biodegradačního procesu. Experimentální část je zaměřena na dvacetidenní kultivaci tří testovaných kmenů v přítomnosti zmíněných polymerů a následné zhodnocení míry degradace těchto materiálů. Největší nárůst biomasy byl pomocí spektrofotometrie pozorován u kmene DSM 15344 při kultivaci na PHB. Díky slepým vzorkům (bez polymerů) bylo prokázáno, že pro významnější růst musely bakterie opravdu utilizovat přítomné polymery. Gravimetrická analýza obsahu biomasy potvrdila, že nejvhodnějším substrátem pro kultivaci byl PHB. Největší hmotnostní ztráty byly zaznamenány u PHB a pohybovaly se v rámci všech tří kmenů okolo 30 %. U kmene LMG 21645 činil úbytek téměř 33 %. Hmotnostní ztráty PLA a PBAT dosahovaly znatelně nižších hodnot. Přesto byl pomocí SEC-MALS zaznamenán nejvýraznější pokles molekulové hmotnosti právě u PLA, a to asi 80 % u kmene DSM 15264. Analýza povrchu polymerů využitím SEM potvrdila, že biodegradace PHB probíhá formou povrchové enzymatické eroze. Naopak u vzorků PLA a PBAT se biodegradace neprokázala.
This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.
This bachelor’s thesis deals with the employment of thermophilic bacterium Schlegelella thermodepolymerans for biodegradation of selected polymers, namely poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), polylactic acid (PLA), and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). The theoretical part focuses on the properties and origin of these bioplastics, the characteristics of the studied bacteria, and the general course of the biodegradation process. The experimental part discusses the twenty-day cultivation of three tested strains in the presence of the mentioned polymers and the subsequent evaluation of the degradation rate of these materials. The greatest increase in biomass content was observed by spectrophotometry for strain DSM 15344 when cultured on PHB. With blank samples (without polymers), it was shown that for significant growth, the bacteria had to truly utilize the polymers present. Gravimetric analysis of biomass content confirmed that PHB was the most suitable substrate for cultivation. The highest mass losses were recorded for PHB and were around 30 % across all three strains. For strain LMG 21645, the mass has decreased by almost 33 %. The weight losses of PLA and PBAT were considerably lower. Nevertheless, the most significant molecular weight loss was observed by SEC-MALS for PLA, reaching approximately 80 % for strain DSM 15264. SEM analysis of the polymer surface confirmed that the biodegradation of PHB occurs by enzymatic surface erosion. In contrast, the PLA and PBAT samples did not show any signs of biodegradation.
Description
Keywords
Biodegradace, termofilní bakterie, Schlegelella thermodepolymerans, polyester kyseliny mléčné, poly(3-hydroxybutyrát), poly(butylen adipát-co-tereftalát), Biodegradation, thermophilic bacteria, Schlegelella thermodepolymerans, polylactic acid, poly(3-hydroxybutyrate), poly(butylene adipate-co-terephthalate)
Citation
CSÖLLE, E. Využití termofilních bakterií k biodegradaci syntetických a přírodních polymerů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Potravinářská chemie a technologie
Comittee
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Renata Mikulíková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2023-06-14
Defence
1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem bakalářské práce.
2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci.
3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři.
Diskuse:
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.
V práci využíváte elektronovou mikroskopii, podílel jste na měření pomocí této techniky?
Proč myslíte, že nebyly rozloženy ty další dva polyestery? Čím si to vysvětlujete? Jaký enzym je podle Vás zodpovědný za degradaci?
Může degradace granulí PHA souviset s tím, že se rovnou jedná i o producenta PHA?
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D.
Jsou nějaké další vhodné bakterie, které by bylo možné použít pro rozklad polymerů?
Student odpověděl na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi student prokázal výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Student prokázal nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení