Search

This work was carried out within the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, project No. FEFE -2020-0015.

The paper presents the results of a study of the effects of the "Monament-101" filler and the method of obtaining on the properties of composite granules based on polycaprolactone (PCL). DSC and X-ray diffraction analysis showed an increase in the degree of crystallinity from 52 to 67% and a slight decrease in the melting point (by 2oC) as the clay was introduced into the polymer. Keywords: polycaprolactone, montmorillonite, composites, crystallinity, melting point.

The use of biocompatible and biodegradable polymers is essential for modern biomedicine. One of the approaches to improving the mechanical properties of pure polymers is to obtain mixtures based on them. This work was carried within the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, project No. FEFE-2020-0015.

The study addresses the ability of luminous bacteria Photobacterium leiognathi Boisvert et al. and Photobacterium phosphoreum (Cohn) Beijerinck to synthesize polyesters of hydroxycarbon acids (polyhydroxyalkanoates, PHAs) as storage macromolecules. The screened strains widely vary in their PHA productivity. Ph. leiognathi (but not Ph. phosphoreum) produces PHAs containing monomers of 3-hydroxyvaleric acid and, in some cases, 3-hydroxyhexanoic acid, in addition to common monomers of 3-hydroxybutyric acid. All studied strains of Ph. phosphoreum produce pure poly-3-hydroxybutyrate only. In the case of Ph. leiognathi, addition of valeric acid as substrate can increase the amounts of medium-chain-length hydroxy acids contained in the produced polymers. The results suggest a conclusion that luminous microorganisms of Photobacterium genus can be considered as producers of multi-component PHAs Исследована способность светящихся бактерий видов Photobacterium leiognathi Boisvert et al. и Photobacterium phosphoreum (Cohn) Beijerinck к синтезу полиэфиров гидроксикарбоновых кислот (полигидроксиалканоатов – ПГА) в качестве резервных макромолекул. Исследованные штаммы значительно различались по их способности к синтезу ПГА. Ph. leiognathi (но не Ph. phosphoreum) синтезировал ПГА, которые, помимо мономеров поли-3-гидроксибутирата, содержали мономеры 3-гидроксивалериановой и, иногда 3-гидроксикапроновой кислот. Все изученные штаммы Ph. phosphoreum образуют только гомополимерный поли-3-гидроксибутират. В случае Ph. leiognathi добавление валериановой кислоты в качестве субстрата может увеличивать содержание 3-гидроксивалериановой и 3-гидроксикапроновой кислот в полимере. Результаты позволяют рассматривать светящиеся микроорганизмы рода Photobacterium в качестве продуцентов многокомпонентных ПГА

The review reports studies of polyhydroxyalkanoate (PHA) biodegradation behavior in natural soils of different climatic zones. Degradation of different types of PHA is strongly influenced by the temperature, humidity, type of soil, amount of precipitation and the density of microbial populations. Micromycetes are considered to be the most efficient soil PHA degraders, and Penicillium is the most typical genus. But many bacterial species also participate in biodegradation. In all environments most PHA degrading soil microorganisms degrade short-chain PHAs only. Increasing the degrees of crystallinity of degrading PHAs suggests preferential disintegration of their amorphous phase in the soil as compared with crystalline phase Обзор обобщает результаты исследований по биодеградации полигидроксиалканоатов (ПГА) в природных почвах различных климатических зон. Деградация различных типов ПГА находится под влиянием температуры, влажности и типа почвы, количества осадков и плотности микробной популяции. Наиболее эффективными почвенными деструкторами ПГА являются микромицеты, среди которых широко распространены представители рода Penicillium. Однако значительное количество видов бактерий также принимает участие в биодеградации. Во всех экосистемах микроорганизмы-деструкторы короткоцепочечных ПГА являются значительно более распространенными по сравнению с деструкторами среднецепочечных полимеров. Увеличение степени кристалличности ПГА по мере разрушения свидетельствует о преимущественном разрушении в почве аморфной фазы полимеров по сравнению с кристаллической

The review reports studies of PHA biodegradation behavior in natural freshwater and marine environments. The factors determining polymer degradation rates in water basin include the temperature and the mineral component of the water, the structure of the aquatic ecosystem and bacterioplankton composition. Anaerobic degradation occurs at slower rates as compared with aerobic process. One of the factors limiting PHA degradation rates is deficiency of dissolved mineral phosphorus, which hinders the development of microbial components of the ecosystem. Differences in biodegradation patterns of PHA specimens are accounted for by different structures and surface areas of specimens, which influence the adhesion of microorganisms. Bacteria are main PHA destructors in water ecosystems as opposed to soil environments where micromycetes are most significant degraders В обзоре приведены результаты исследований по биодеградации полигидроксиалканоатов (ПГА) в природных пресноводных и морских экосистемах. Факторы, определяющие скорости деградации полимеров в условиях водоема, включают температуру и минеральный состав воды, структуру водной экосистемы и состав бактериопланктона. При наличии в водоеме аэробной и анаэробной зон анаэробная деградация протекает с меньшими скоростями по сравнению с аэробной. Одним из факторов, ограничивающих скорости деградации ПГА, является недостаток растворенного минерального фосфора, препятствующий развитию микробных сообществ экосистемы. Отличия в особенностях биодеградации ПГА обусловлены также различными структурой и поверхностью образцов, влияющими на адгезию микроорганизмов. Бактерии являются основными деструкторами ПГА в водных экосистемах, в отличие от почвенных, где наибольшее значение имеют микромицеты

Исследованы закономерности биодеградации образцов полигидроксиалканоатов (ПГА) различной химической структуры и морфологии в пресных тропических водоёмах Южного Вьетнама (г. Нячанг) – в искусственом бессточном бассейне и проточной воде реки Кай. Выявлено, что профили снижения массы плёнок и прессованных форм в реке Кай не зависели от химической структуры полимеров, образцы гомополимера 3-гидроксибутирата и сополимера 3-гидроксибутирата и 3-гидроксивалерата разрушались с одинаковой интенсивностью. В искусственном водоёме быстрее происходило разрушение образцов из гомополимера. Изучение таксономического разнообразия микроорганизмов в биоплёнках обрастания на поверхности образцов полимеров выявило различия в сообществах доминантных микроорганизмов- деструкторов. Доля бактерий-деструкторов, обладающих ПГА-деполимеразами, среди прочих органотрофов была выше в реке Кай, составляя от 7 до 17 % на разных образцах, однако таксономический состав бактерий деструкторов был менее разнообразным. В реке Кай сообщество деструкторов было представлено бактериями родов Bacillus, Acinetobacter и Streptomyces, а в искусственном водоёме – представителями родов Bacillus, Pseudomonas, Corynebacterium, Mycobacterium, а также актинобактериями. Микромицеты-деструкторы были обнаружены только в искусственном водоёме – Aspergillus candidus и Verticillium alba The biodegradation patterns of different polyhydroxyalkanoates (PHAs) was studied in freshwater tropical reservoirs of South Vietnam (Nha Trang), in an artificial still water reservoir and in running water of the River Kai. It was revealed the weight loss profiles of films and pellets in the River Kai did not depend on the chemical structure of the polymer samples; poly(3-hydroxybutyrate) and a copolymer of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) degraded with the same intensity. The weight loss of homopolymer samples was faster in artificial reservoir. The study of the taxonomic variety of microorganisms in the fouling films of polymer samples showed differences in the dominant communities of PHA-degrading microorganisms. Among other organotrophs the proportion of PHAdepolymerase synthesizing bacteria was higher in the River Kai and ranging from 7 to 17 % in different samples, in spite of that the taxonomic variety of PHA-degrading bacteria was less diverse. The PHAdegrading community of the River Kai was represented by Bacillus, Acinetobacter and Streptomyces, from artificial reservoir samples Bacillus, Pseudomonas, Corynebacterium, Mycobacterium and Actinobacteria was isolated. The PHA-degrading fungi – Aspergillus candidus and Verticillium alba – were found only in the artificial reservoir

Изучена биодеградация полигидроксиалканоатов (ПГА) в экосистемах, расположенных в различных регионах и климатических условиях, и установлено, что периоды, в течение которых масса полимера падает на ½ от исходной, могут существенно варьировать в зависимости от численности, видовой принадлежности и физиологической активности микроорганизмов, определяемой характеристикой природной среды, прежде всего температурным режимом и влажностью почвы. Характер биоразрушения также зависит от состава ПГА (сополимерные образцы разрушаются быстрее в сибирских почвах, гомополимерные - в тропических), метода получения и формы полимерного изделия (двумерные формы разрушаются активнее объемных прессованных). Отличия видового состава идентифицированных ключевых микроорганизмов- деструкторов объясняют выявленные особенности биоразрушения ПГА в различных экосистемах. For the first time, PHA biodegradation was studied in microecosystems situated in different regions and under different climate conditions. The study showed that the time necessary for the polymer weight to decrease to a half of its initial weight, could vary significantly, depending on the number, species composition, and physiological activity of microbial communities which are determined, in particular, by the specific properties of the natural environment, temperature conditions and soil moisture. Biodegradation behavior also depends on PHA composition (PHA copolymers are degraded faster in Siberian soils while homopolymers are degraded at a higher rate in the tropical soils), production method, and the shape of the polymer device (2D specimens are degraded faster than 3D pressed ones). Differences in the species composition of the identified major PHA degrading microorganisms account for the particular PHA biodegradation behavior in different ecosystems.