Otimização estatística de P(3HB

Oct 09, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9005 (2023) Citar este artigo

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Poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) [P(3HB-co-3HHx)] é um copolímero bacteriano da família dos polihidroxialcanoatos (PHAs), um bioplástico de próxima geração. Nossa equipe de pesquisa projetou recentemente uma nova cepa bacteriana produtora de P (3HB-co-3HHx), Cupriavidus necator PHB−4/pBBR_CnPro-phaCRp. Esta cepa pode produzir P (3HB-co-2 mol% 3HHx) usando óleo de palmiste bruto (CPKO) como único substrato de carbono. No entanto, a melhoria da produção do copolímero P (3HB-co-3HHx) por esta estirpe não foi estudada até agora. Assim, este estudo visa aumentar a produção de copolímeros de P(3HB-co-3HHx) contendo composições de monômeros 3HHx superiores utilizando metodologia de superfície de resposta (RSM). Três fatores significativos para a produção de copolímeros P(3HB-co-3HHx), ou seja, concentração de CPKO, concentração de hexanoato de sódio e tempo de cultivo, foram estudados em escala de frasco. Como resultado, um máximo de 3,6 ± 0,4 g/L de P(3HB-co-3HHx) com composições de 4% em mol de 3HHx foi obtido usando a condição otimizada RSM. Da mesma forma, a maior composição de monômero 3HHx (5 mol%) foi obtida ao aumentar a fermentação em um biorreator com agitador de 10L. Além disso, as propriedades do polímero produzido eram semelhantes às do P(3HB-co-3HHx comercializável), tornando este polímero adequado para uma ampla gama de aplicações.

A poluição plástica emergiu como um dos desafios ambientais globais mais críticos. Evidentemente, a pandemia de COVID-19 contribuiu para um enorme aumento de plásticos de utilização única à base de petróleo, por exemplo, luvas, fatos médicos de proteção, máscaras, frascos de desinfetantes para as mãos, plásticos para levar, recipientes para alimentos e kits de exames médicos1,2. Esses plásticos convencionais não são biodegradáveis ​​e podem permanecer em aterros e no mar por muitos anos, influenciando significativamente a qualidade do solo, a atividade microbiana, a fauna e a flora3. Como resultado da entrada na cadeia alimentar, isto representa um risco para a saúde humana4. Devido a estas preocupações, os plásticos biodegradáveis ​​com pouco ou nenhum impacto ambiental ganharam popularidade como alternativas aos plásticos à base de petróleo. Além disso, espera-se que façam parte de futuras economias circulares que ajudarão a alcançar aspectos dos Objectivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU5,6.

Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres produzidos na natureza como um composto de armazenamento intracelular acumulado como reserva de energia por algumas bactérias e arquéias sob condições de estresse7,8. Os PHAs são termoplásticos com propriedades comparáveis ​​aos polímeros tradicionais à base de petróleo, como o polipropileno (PP) e o polietileno (PE)9,10. Curiosamente, o polímero da família dos PHAs demonstra excelente biodegradabilidade mesmo quando exposto à água do mar11, tornando os PHAs um substituto promissor para os plásticos à base de petróleo. Os PHAs são classificados em dois grupos com base nos números de carbono nos constituintes monoméricos: PHAs de comprimento de cadeia curta (SCL-PHA, C3-C5), que consistem em 3-5 monômeros de carbono, e PHAs de comprimento de cadeia médio (MCL -PHA, C6-C14), que consistem em 6–14 monômeros de carbono nas unidades 3-hidroxialcanoato12,13.

Atualmente, mais de 150 tipos de PHAs foram identificados14, incluindo homopolímeros e copolímeros, por exemplo, poli(3-hidroxibutirato) [P(3HB], poli(3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato) [P(3HB-co -4HB)], poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) [P(3HB-co-3HV)], poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexonato) [P(3HB-co-3HHx)] . Entre os copolímeros de PHA, o Poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxi hexanoato) [P(3HB-co-3HHx)] é notavelmente desejável devido à sua flexibilidade superior e semelhança com vários polímeros populares à base de petróleo, o que o torna mais aplicável a aplicações práticas do que o homopolímero P (3HB) rígido . Além disso, devido à sua excelente biocompatibilidade e biodegradabilidade, o P (3HB-co-3HHx) é um copolímero candidato adequado para aplicações biomédicas .