Biosyntéza poly-3-hydroxybutyrátu ze silážní píce

Ve světě docházejí zásoby ropy, která je základní surovinou pro výrobu tradičních plastů. Zároveň se odolné a obtížně rozlišitelné plasty stávají pohromou v životním prostředí s tím, jak se na mnoha místech hromadí plastový odpad. Jedním z možných řešení by mohly být takzvané bioplasty. Na první pohled vypadají stejně jako tradiční plasty a mají i řadu stejných vlastností, jako například tvrdost nebo pružnost. Liší se ale v tom, že se vyrábějí z obnovitelných zdrojů a/nebo jsou biologicky rozložitelné. Jsou to materiály vhodné například pro výrobky na jedno použití.

Bioplasty ze skupiny polyhydroxyalkanoátů (PHA) bývají produkovány mikroorganismy. Vznikají uvnitř jejich buněk jako zásobní látky. Využití PHA bioplastů ale vyžaduje jejich izolaci a čištění, což bývá problematické a nákladné. Výsledná vysoká cena takových materiálů pochopitelně omezuje jejich využití. Pokud by se podařilo výrobu PHA látek zlevnit, například použitím levných, popř. odpadních surovin ze zemědělství, podpořilo by to konkurenceschopnost PHA bioplastů vůči ostatním typům plastů na trhu.

Dominik Schwarz s kolegy z Technické univerzity v Mnichově v spolupráci s týmem z Ústavu chemie Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích vyvinuli dvoustupňový fermentační proces výroby poly-3-hydroxybutyrátu, nejvíce studovaného bioplastu ze skupiny polyhydroxyalkanoátů, který jako surovinu využívá silážní píci. Svůj postup a účinnost výroby poly-3-hydroxybutyrátu ověřovali v laboratorních podmínkách. Producentem poly-3-hydroxybutyrátu se stala gramnegativní půdní bakterie ze skupiny betaproteobakterií Cupriavidus necator kmene DSM 531. Těmto bakteriím dodávali jako růstové médium silážní šťávu ze silážní píce, bez přidání dalších živin. Potřebné sacharidy pocházely z rostlinné hmoty a byly zpracovány fermentací kyselinou mléčnou. Tímto postupem se badatelům podařilo zvýšit jak obsah buněk ve směsi, tak i obsah poly-3-hydroxybutyrátu v buňkách. To by v budoucnu mohlo přispět k zavedení ekonomicky výhodné výroby bioplastů ze silážní píce v průmyslových biorafineriích.

Schwarz, D., Schoenenwald, A. K. J., Dörrstein, J., Štěrba, J., Kahoun, D., Fojtíková, P., Vilímek, J., Schieder, D., Zollfrank, C., Sieber, V. 2018. Biosynthesis of poly-3-hydroxybutyrate from grass silage by a two-stage fermentation process based on an integrated biorefinery concept. Bioresource Technology 269: 237–245.

Kontakt: RNDr. Ján Štěrba, Ph.D. (sterbaj at prf.jcu.cz)

Chromatogram typického vzorku z výzkumu. Kredit: Schwarz et al. (2018).