Biodegradace bioplastů v prostředí kompostu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Předmětem této diplomové práce je studium biodegradace polyhydroxybutyrátu (PHB) a polyesteru kyseliny mléčné (PLA). Teoretická část práce pojednává o původu studovaných biopolyesterů, jejich vlastnostech a využití, a také enzymologii jejich biodegradace. Experimentální část práce je zaměřena na biodegradaci těchto polymerů v submerzním mediu využitím termofilních kmenů a na kompostování těchto bioplastů. Ze šesti použitých kmenů termofilních bakterií projevil významnou PHB-biodegradační aktivitu pouze jeden – kmen Schlegelella thermodepolymerans. Rezistenci vůči submerzní degradaci vykazovala amorfní i semi-krystalická forma PLA. V prostředí kompostu docházelo především k rozpadu obou forem PLA, proto byl dedukován primárně abiotický mechanizmus degradace. Během 4 týdnů kompostování došlo ke ztrátě hmotnosti amorfního PLA o 99 % a semi-krystalického PLA o 63 hmot. %. Hmotnostní úbytek PHB po stejné době kompostování dosahoval 36 %, navíc bylo pozorováno snížení molekulové hmotnosti na zhruba polovinu hodnoty využitím SEC. Pro tento polymer byl potvrzen mechanizmus biodegradace formou povrchové enzymatické eroze využitím SEM. Monitoring aktivity esteráz, lipáz a proteáz během celého experimentu neprokázal statisticky významné ovlivnění kompostu přítomností biopolymerů.
This master’s thesis focuses on biodegradation of polyhydroxybutyrate (PHB) and polylactic acid (PLA). The theoretical part discusses an origin, properties and applications of investigated biopolyesters, and so the enzymology of their biodegradation. The experimental part deals with biodegradation of these polymers in liquid medium using several pure thermophilic bacteial strains and controlled composting of these bioplastics. Amongst six tested thermophilic bacterial strains only one showed PHB-biodegradation activity – strain Schlegelella thermodepolymerans. No degradation degree of amorphous or semi-crystalline PLA was observed. Mainly disintegration of both forms of PLA articles was observed in compost environment, thus the abiotic mechanism of its decomposition was indicated. After 4 weeks of composting, the relative weight loss of 99 % and 63 % was detected in amorphous and semi-crystalline PLA respectively. On the contrary, the weight loss of PHB after 4 weeks of composting reached 36 %, moreover, a half decrease of molar mass was observed using SEC. The surface erosive mechanism of PHB-biodegradation was stated using SEM. By monitoring of esterase, lipase and protease activities, no influence on the compost by polymer presence was concluded at statistical significance.
This master’s thesis focuses on biodegradation of polyhydroxybutyrate (PHB) and polylactic acid (PLA). The theoretical part discusses an origin, properties and applications of investigated biopolyesters, and so the enzymology of their biodegradation. The experimental part deals with biodegradation of these polymers in liquid medium using several pure thermophilic bacteial strains and controlled composting of these bioplastics. Amongst six tested thermophilic bacterial strains only one showed PHB-biodegradation activity – strain Schlegelella thermodepolymerans. No degradation degree of amorphous or semi-crystalline PLA was observed. Mainly disintegration of both forms of PLA articles was observed in compost environment, thus the abiotic mechanism of its decomposition was indicated. After 4 weeks of composting, the relative weight loss of 99 % and 63 % was detected in amorphous and semi-crystalline PLA respectively. On the contrary, the weight loss of PHB after 4 weeks of composting reached 36 %, moreover, a half decrease of molar mass was observed using SEC. The surface erosive mechanism of PHB-biodegradation was stated using SEM. By monitoring of esterase, lipase and protease activities, no influence on the compost by polymer presence was concluded at statistical significance.
Description
Citation
VODIČKA, J. Biodegradace bioplastů v prostředí kompostu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Potravinářská chemie a biotechnologie
Comittee
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Kráčmar, DrSc. (člen)
doc. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-06-24
Defence
1. Diplomant seznámil členy komise s náplní a cílem své diplomové práce.
2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci.
3. Diplomant akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny jeho otázky odpověděl v plné šíři.
Diskuse:
prof. Márová: Odkud pocházely použité granule PHB a PLA? Má na rychlost kompostování vliv tvar produktu z PHB? Jak vysoká vrstva kompostu byla ve vašem testu použita? Popisujete různé producenty PHA a pouze u jednoho jste zaznamenal přítomnost depolymerázy, jak si to vysvětlujete?
doc. Diviš: Můžete popsat, jak přesně probíhal kompostovací test? Jak jste hlídal obsah vody?
prof. Kráčmar: Ve složení kompostu uvádíte použití krmiva pro králíky, co přesně bylo použito?
doc. Kovalčík: Je možné při kompostovaní využít i jiné teploty?
doc. Brázda: Jaké hlavní mikroorganismy můžeme nalézt v kompostu, a které mikroorganismy se nacházely ve vámi využitém kompostu? Můžete vysvětlit rozdíl mezi kompostovatelným a nekompostovatelným plastem?
Diplomant velmi pohotově reagoval na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuze k dané problematice vzneseny. V diskuzi diplomant prokázal nejen schopnost orientace v dané problematice, ale i výborné teoretické i praktické znalosti v daném oboru. Po diskuzi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomant prokázal výborné znalosti a rovněž schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení