O abordare a biodegradării polietilenei cu densitate mică de Bacillus amyloliquefaciens SpringerLink
Abstract
Polietilena cu densitate redusă (LDPE) este o cauză majoră a poluării mediului persistente și pe termen lung. În această lucrare, două izolate bacteriene Bacillus amyloliquefaciens (BSM-1) și Bacillus amyloliquefaciens (BSM-2) au fost izolate din solul solid municipal și utilizate pentru studii de degradare a polimerilor. Degradarea microbiană a LDPE a fost analizată prin reducerea în greutate uscată a filmului de LDPE, modificarea pH-ului mediului de cultură, estimarea CO2, microscopie electronică cu scanare (SEM) și spectroscopie FTIR în infraroșu cu transformare fourier a suprafeței filmului. Analiza SEM a arătat că ambele tulpini au prezentat aderență și creștere cu LDPE care a fost utilizat ca singură sursă de carbon, în timp ce imaginile FTIR au arătat diferite modificări chimice de suprafață după 60 de zile de incubație. Izolatele bacteriene au arătat depolimerizarea produselor biodegradate în mediul extracelular indicând procesul de biodegradare. BSM-2 a prezentat o degradare mai bună decât BSM-1, ceea ce dovedește potențialitatea acestor tulpini de a degrada filmele LDPE într-un interval scurt de timp.
Introducere
Polietilena cu densitate redusă (LDPE) este un termoplastic nebiodegradabil utilizat pe scară largă. Pentru a rezolva această problemă de mediu legată de termoplastele nebiodegradabile, cercetarea pentru modificarea termoplastelor nebiodegradabile la materiale biodegradabile este de mare interes (Zheng și colab. 2005). Mai mult, acești polimeri sintetici nu sunt în mod normal biodegradabili până când nu sunt degradați în fragmente cu greutate moleculară mică care pot fi asimilate de microorganisme (Francis și colab. 2010).
Materiale și metode
Pre-tratarea și prepararea pulberii LDPE
Polietilena de joasă densitate (LDPE) a fost obținută de la B.N. Polymers, Bangalore, India. Filmele din LDPE au fost tăiate în bucăți mici, imersate în xilen și fierte timp de 15 minute, urmate de zdrobire cu un blender la 3.000 rpm. După cum s-a obținut pulberea de LDPE a fost spălată în continuare cu etanol, uscată peste noapte în cuptor cu aer cald la 60 ° C și depozitată la temperatura camerei pentru utilizare ulterioară.
Bacterii degradante din polietilenă și condiții de cultură
Bacteriile utilizate în acest studiu, B. amyloliquefaciens (BSM-1) (GenBank acces nr. KC924446) și B. amyloliquefaciens (BSM-2) (nr. De acces GenBank KC924447) (Das și Kumar 2013), au fost izolate din zona de depozitare a deșeurilor solide municipale, Pallikaranai (12.9377N/80.2153E, 7 m deasupra nivelului mării), Chennai, India și menținută pe agar nutritiv la 4 ° C. Bacteriile degradante ale polimerului au fost identificate folosind medii sintetice suplimentate cu 0,3% pulbere de LDPE. Compoziția mediului sintetic a fost după cum urmează: (g/L: K2HPO4, 1; KH2PO4, 0,2; (NH4) 2SO4, 1; MgSO4 · 7H2O, 0,5; NaCI, 1; FeSO4 · 7H2O, 0,01; CaCl2 · 2H2O, 0,002; MnSO4 · H2O, 0,001; CuSO4 · 5H2O, 0,001; ZnSO4 · 7H2O, 0,001; Agar 15; pH 7,0).
Studii de biodegradare
Testele de biodegradare au fost efectuate cu probe de 3 g de filme LDPE (1,5 × 1,5 cm) care au fost uscate peste noapte la 60 ° C, cântărite, dezinfectate (30 min în etanol 70%), uscate la aer timp de 15 minute în camera de curgere a aerului laminar și adăugate la baloane Erlenmeyer care conțin 300 ml mediu sintetic. Studiul de degradare a LDPE a fost realizat folosind ambele tulpini bacteriene individual. Fiecare balon inoculat cu 3 ml de cultură veche de 24 de ore (BSM-1 și BSM-2) crescut pe mediu suplimentat cu LDPE a fost utilizat ca inoculuri pentru a evita orice fază de întârziere asociată. Apoi culturile au fost incubate pe un agitator rotativ (Neolab Instruments) la 33,3 ° C și 130 rpm timp de 60 de zile. Fiecare test a constat din trei replici.
Măsurarea biodegradării
Determinarea modificării pH-ului
Studiul modificării pH-ului a fost adoptat pentru a se asigura de orice activitate metabolică a tulpinii microbiene în mediu suplimentat, deoarece metabolismul arătat de celulele microbiene poate sprijini în mare măsură dovezile degradării. PH-ul fiecărei suspensii bacteriene a fost măsurat la un interval de 10 zile în timpul studiului. Sonda de pH a fost introdusă în bulion pentru a măsura pH-ul. Valoarea inițială a mediului a fost asigurată să fie de 7 ± 0,3 pentru ambele tulpini folosind tampon fosfat.
Determinarea greutății uscate a polimerului rezidual
Pentru a facilita măsurarea exactă a greutății polietilenei reziduale, foile de polietilenă au fost recuperate după 60 de zile de incubație și spălate biofilmul bacterian de pe suprafața polimerului cu o soluție apoasă de dodecil sulfat de sodiu 2% (v/v) timp de 4 ore (folosind agitator), urmat de apă distilată și în cele din urmă cu 70% etanol pentru a asigura îndepărtarea maximă posibilă a celulelor și a resturilor. Bucățile de polimer spălate au fost plasate pe o hârtie de filtru și uscate peste noapte la temperatura camerei înainte de cântărire.
Test de evoluție a CO2
A fost proiectat aparatul simplu auto-modificat care constă din vase de control și test și aer steril a fost furnizat sistemului pentru aerare. Aici, polimerul incubat cu microbi a servit drept test și polimerul fără microbi a servit drept control. După incubare, atât CO2 metabolic cât și atmosferic din vasul de testare și CO2 atmosferic din vasul de control au fost prinse și evaluate folosind „testul Sturm” (Sturm 1973) pentru fiecare izolat.
Microscopie electronică cu scanare (SEM)
Probele netratate și tratate după 60 de zile au fost supuse analizei SEM (după spălare cu 2% (v/v) SDS apoasă și apă distilată în mod repetat prin agitare ușoară timp de câteva minute și spălate suplimentar cu etanol 70% cu obiectivul de îndepărtarea probelor, astfel încât suprafața maximă să fie expusă pentru vizualizare. Probele au fost lipite pe SEM Sample Stub folosind o bandă de carbon și proba a fost acoperită cu aur timp de 40 s și analizată cu microscop electronic cu scanare de înaltă rezoluție (JEOL, Model JSM -6390LV).
Analiza FTIR
Au fost efectuate studii spectroscopice în infraroșu cu transformată Fourier pentru controlul și filmele LDPE tratate cu bacterii. Analiza a fost efectuată utilizând spectroscopia FTIR Perkin-Elmer Spectrum-One în modul orizontal cu discuri de bromură de taliu.
rezultate si discutii
Plasticul biodegradabil este o soluție favorabilă a eliminării sau a problemelor de acumulare în natură. Ca deșeuri menajere și industriale care conțin o cantitate uriașă de polietilenă cu densitate redusă, în această lucrare a fost colectată o probă de deșeuri solide pentru depozitarea deșeurilor municipale pentru a izola microorganismele care au prezentat o biodegradare puternică. Izolatele bacteriene pot crește într-un mediu sintetic suplimentat cu LDPE utilizând LDPE ca sursă unică de carbon și energie. Aceste observații indică formarea și atașarea unui biofilm pe pelicula de LDPE. Colonizarea microbiană pe suprafața polimerului este prima cerință pentru biodegradarea acestuia (Yabannavar și Bartha 1993).