METODY EXTRAKCE BIOPOLYMERU POLY-3-HYDROXYBUTYRÁTU A JEJICH OPTIMALIZACE

Abstract

Poly-3-hydroxybutyrát (PHB) je biolodegradovatelný a biokompatibilní termoplastický polymer se širokou škálou potenciálních aplikací. Výroba PHB typicky zahrnuje fermentaci obnovitelných surovin bakteriemi. Získávání PHB z bakterií je však často náročné a neefektivní. V této práci jsou zkoumány a porovnány různé metody pro získání PHB, včetně digesce, mechanického rozrušení a extrakce. Jsou diskutovány různé optimalizační strategie, které lze použít ke zlepšení účinnosti izolace PHB. Experimentální a výsledková část popisuje snahy o zlepšení metod izolace, zejména kyselé a mýdlové digesce, které byly vybrány jako potenciálně ekonomické, bezpečné a šetrné k životnímu prostředí. Společně s našimi průmyslovými partnery jsme tyto technologie úspěšně otestovali v čtvrtprovozním měřítku a plánuje se další vývoj. Řešily se také možné aplikace a komercializace PHB. Bylo zjištěno, že PHB může nahradit některé mikroplasty v kosmetice a že toto úsilí má potenciál, protože přítomnost mikroplastů v běžných výrobcích je stále vysoká a na úrovni Evropské unie je plánován jejich zákaz. Dále byla studována tepelná stabilita PHB v závislosti na metodě získávání a byly vyvinuty dvě stabilizační metody, které umožnily použít PHB získaný digescí za použití mýdla v materiálových aplikacích.

Poly-3-hydroxybutyrate (PHB) is a biodegradable and biocompatible thermoplastic polymer with a wide range of potential applications. The production of PHB typically involves the fermentation of renewable feedstocks by bacteria. However, the recovery of PHB from bacteria is often challenging and inefficient. In this study, different methods for PHB recovery, including digestion, mechanical disruption, and extraction, are reviewed and compared. Various optimization strategies that can be used to improve the efficiency of PHB recovery are discussed. The experimental and results section describe efforts to improve recovery methods, especially acid and soap-based digestion, which have been selected as potentially economical, safe and environmentally friendly. Together with our industrial partners, we have developed these technologies to a pilot-plant scale and further development is planned. Possible applications and commercializations of PHB were also addressed. It has been found that PHB can replace some microplastics in cosmetics and that this effort has potential, as the presence of microplastics in common products is still high and their phase out is planned at European Union level. Furthermore, the thermal stability of PHB depending on the recovery method was studied, and two stabilization methods were developed, which made it possible to use PHB obtained by the soap-based digestion in material applications.