Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Федерального исследовательского центра СО РАН и профессором Университета Махатмы Ганди (штат Керала, Индия) изучили процесс биодеградации плёнок, изготовленных из биоразлагаемого полимера поли(3-гидроксибутирата), который производят бактерии.
Плёнки продемонстрировали различную скорость деградации в двух климатических зонах и различных видах почв. В резко континентальном климате, в чернозёмных почвах Сибири (Красноярск) разложение биополимера местными почвенными бактериями занимает вдвое меньше времени, чем требуется для биодеградации аналогичного биополимера в сухих почвах южноиндийского штата Керала (город Коттаям), расположенного в субтропическом поясе Индии. Аналогичные исследования, проводившиеся ранее на базе СФУ, показали существенные различия в течении процесса биодеградации биополимеров в таких регионах как Юго-Восточная Азия (Вьетнам, Ханой) и Российская Арктика (Эвенкия).
Поли(3-гидроксибутират) — достаточно простой вид биополимера. Он является естественным продуктом жизнедеятельности особого штамма бактерий, выведенного в Сибирском федеральном университете. Этот биополимер способен полностью разлагаться на углекислоту и воду благодаря колониям почвенных бактерий и грибов, перерабатывающих различные вещества в своём жизненном цикле.
«Поскольку биоразлагаемые полимеры планируются как альтернатива синтетическим полимерам, из них будут делать тару и упаковочные материалы, а значит, они будут попадать в почву. Нужно узнать скорость разложения этих материалов в различных типах почв и в разнообразных климатических зонах — температура, влажность и естественный состав почвенной флоры (бактерий и грибов) и будут определять, как быстро от пакета или стакана, произведённого из биопластика, останутся вода и углекислый газ», — сообщила соавтор исследования, профессор базовой кафедры биотехнологии СФУ, доктор биологических наук Светлана Прудникова.
По словам учёного, в красных ферраллитных почвах юга Индии содержится меньше питательных веществ, чем в чернозёмных почвах Сибири. Состав почвенных бактерий и грибов, обитающих в этих регионах, тоже существенно отличается как по видовому составу, так и по количеству микроорганизмов, способных поедать биопластик.
«Если среди грибов-деструкторов в обоих типах почв всё же преобладал род пенициллиум (лат. Penicillium), то видовой состав бактерий в сибирских и индийских почвах оказался совершенно разным. Вероятно, почвенные бактерии штата Керала в Индии тоже способны перерабатывать биополимеры и способствовать их биодеградации, однако там очень мало осадков в сезон, когда нет муссонов, почвы высыхают, и в целом погодные условия не способствуют быстрому разложению политригидроксибутирата. Период полураспада в этих условиях созданного в СФУ материала занял более 120 дней, тогда как в наших местных сибирских почвах это заняло 64 дня», — уточнила Светлана Прудникова.
В проведённом ранее в 2012–2013 гг. исследовании красноярские учёные уже показали, что для аналогичного процесса биодеградации полимера в почвах Вьетнама потребуется порядка 184 дней (за это время биополимер разрушится на 97 %), а дольше всего биополимер будет деградировать в зоне вечной мерзлоты. Например, в Эвенкии, где сезон вегетации растений совсем короткий, почвенным бактериям потребуются годы, чтобы полностью утилизировать пакет из биопластика.
Учёные подчеркнули, что сейчас производство биопластика в СФУ находится на начальной стадии. Производятся опытные партии биополимеров, ведутся испытания различных материалов для упаковки и медицины, сделанных из биополимеров. Это сельскохозяйственные гранулы для доставки удобрений и фунгицидов, различные материалы для раневых поверхностей, ускоряющие заживление, а также образцы упаковочной тары, сопоставимые по прочности с изделиями из синтетического пластика, но абсолютно безвредные для окружающей среды.