Введение. Проблема загрязнения окружающей среды упаковочными материалами. Определение цели работы

Содержание.

1. Введение. Проблема загрязнения окружающей среды упаковочными материалами. Определение цели работы…………………………………………………………………………………...3

2. Обзор литературы………………………………………………………………….……………...3

1) Структура и свойства полимерных плёнок………………………………………………….3

2) Биоразлагаемость полимеров (основные понятия и закономерности). Классификация отходов по устойчивости в экосистемах……………………………………………………….5

3) Свойства полиэтилена и закономерности его биодеградации……………………………..6

4) Свойства алифатического полиэстера и закономерности его биодеградации…………..11

5) Сопоставление полиэтилена и плёнки «EcoWorks» по прочностным характеристикам.14

6) Экспериментальные методы оценки биоразлагаемости и результаты конкретных опытов………………………………………………………………………………………………..14

3. Объекты и методы исследования……………………………………………………………….16

4. Описание эксперимента, его результаты и их обсуждение…………………………………...17

1) Визуальное наблюдение и микробиологический анализ………………………………….17

2) Оценка динамики изменения массы образцов плёнки…………………………………....22

3) Оценка биоразлагаемости плёнки по массе выделяющегося при её инкубировании CO2……………………………………………………………………………………………….24

5. Выводы…………………………………………………………………………………………....27

6. Заключение……………………………………………………………………………………….27

7. Список использованной литературы…………………………………………………………...27

1. Введение. Проблема загрязнения окружающей среды упаковочными материалами. Определение цели работы.

С ростом населения Земли увеличивается также производство и потребление товаров, используемых для его жизнедеятельности. Для многих из них (точнее, для подавляющего большинства) необходимо осуществлять такие операции, как расфасовка и упаковка. Часто для этих целей применяются полимерные плёнки, прежде всего, различные типы полиэтилена. Полиэтилен в силу своей относительной доступности, высоких прочностных характеристик, герметичности, химической инертности используется сейчас повсеместно для расфасовки и упаковки пищевых продуктов, мусора и т. д. Естественно, что количество полиэтилена, выбрасываемого при этом, на сегодняшний день весьма значительное и растёт с ростом населения планеты. По некоторым оценкам, сегодня в мире выбрасывается около 480000 тонн полиэтилена в день, что составляет примерно 1 ÷ 4% по массе от всех твёрдых отходов. [13] С течением времени стало ясно, что в естественных условиях полиэтилен разлагается крайне медленно и сохраняется в течение, как минимум, десятков лет. Таким образом, в течение последних десятилетий остро встаёт перед человечеством, среди прочих экологических проблем, проблема утилизации отработанного полиэтиленового материала.

Один из перспективных путей её решения – разработка альтернативной полимерной плёнки. Это достаточно сложная задача, т. к., чтобы она была способна заменить полиэтилен, плёнка должна обладать следующими качествами:

("1") плёнка должна быть значительно легче разлагаться организмами природных экосистем, чем полиэтилен; она не должна значительно уступать по прочностным характеристикам полиэтилену, а также быть достаточно тонкой и удобной для применения; производство такой плёнки, если и может быть менее экономически выгодным, чем производство полиэтилена, то незначительно. Экономическая рентабельность производства должна оцениваться с учётом ограниченности природных ресурсов и их возможной повышенной стоимости и нехватки в будущем.

Американская корпорация «Cortec», расположенная в г. Сент-Поле (штат Миннесота), разработала плёнку «EcoWorks™», которая, по утверждению фирмы-разработчика, обладает следующими достоинствами:

- на 100% биоразлагаема в компосте;

- не содержит полиэтилена;

- высокая прочность при применении как в помещении, так и на открытом воздухе;

- состоит из биоразлагаемого полиэстера;

- разлагается до CO2 и воды в течение нескольких недель в условиях компоста;

- соответствует международным стандартам качества по ISO 9001 и экологическим стандартам по ISO 14001;

- биоразлагаемость подтверждена стандартами «ASTM D 6400-99», «DIN V 54 900», «DIN CERTCO», «OK COMPOST», «BPI» и «BPS». [11].

Цель работы заключается в экспериментальной оценке степени биоразлагаемости и скорости биодеградации плёнки «EcoWorks» по сравнению с полиэтиленом.

2. Обзор литературы.

1) Структура и свойства полимерных плёнок.

Плёнками называют материалы, представляющие собой тонкие слои вещества. Плёнки характеризуются специфическим соотношением массы и поверхности. Дисперсные системы характеризуется большими значениями межфазной поверхности на единицу массы (т. е. удельной поверхности), а у гомогенных твёрдых тел удельная поверхность гораздо меньше (межфазная поверхность представляет собой лишь граничную поверхность самого тела). Плёнки занимают промежуточное положение между гетерогенными твердообразными дисперсными системами и гомогенными твёрдыми телами.

Плёнки могут быть образованы только высокомолекулярными соединениями. Способность полимеров к образованию плёнок обусловлена высокой асимметрией их молекул и способностью к образованию специфических структур. Так, при вытягивании полимеров в изотермических условиях возникают анизотропные ориентированные структуры повышенной прочности, сохраняющиеся и после снятия механической нагрузки, в то время как вытягивание низкомолекулярных соединений в изотермических условиях вообще невозможна.

Структурные особенности полимерных плёнок определяются их формой, при которой достигается достаточно большое значение удельной поверхности. Поэтому свойства плёнок в значительной степени определяются структурой их поверхностных слоёв. Большинство плёнок изготавливается путём формования из растворов на твёрдой подложке, и именно такие полимерные плёнки характеризуются наибольшими различиями между структурой поверхностных слоёв и структурой слоёв, удалённых от поверхности. Как правило, в таких плёнках можно различить, как минимум, 3 слоя. Верхний («воздушный») слой, соприкасающийся в процессе формования с воздухом, характеризуется наибольшей плотностью упаковки структурных образований в результате наиболее полно прошедших релаксационных процессов. Этому способствует диффузия молекул растворителя из глубинных слоёв на поверхность плёнки по мере её высушивания. Нижний («зеркальный») слой, соприкасающийся с зеркальной твёрдой поверхностью, обладает наименее устойчивой плоскостно-ориентированной структурой в результате фиксирующего действия твёрдой подложки при сокращении объёма системы в процессе высыхания раствора при одновременном сохранении плоскостных размеров плёнки. Плоскостно-ориентированная рыхлая структура нижнего поверхностного слоя плёнки обуславливает повышенную усадку плёнки и изменение механических её свойств в результате протекания релаксационных процессов. При достаточно большой толщине плёнок между верхним и нижним слоями может быть заметен внутренний (глубинный) слой, состоящий из неориентированных элементов структуры (рис. 1).

2

Рис. 1. Структура плёнок, формование которых осуществлялось на твёрдой поверхности: 1 – «воздушный» слой; 2 – глубинный слой; 3 – «зеркальный» слой.

("2") Глубинный слой представляет собой сравнительно изотропный полимер, неплотная упаковка структурных элементов которого обусловлена наличием в нём некоторого количества растворителя, обычно сохраняющегося при сушке.

Основную роль в изменении свойств плёнки, определяемых структурными превращениями во времени, играет нижний слой. В частности, он же, главным образом, и определяет потенциальную биоразлагаемость полимерной плёнки. Наличие структурной слоевой неоднородности в полимерных плёнках усиливает зависимость их физико-механических свойств от толщины. Чем тоньше плёнка, тем в большей степени влияют на её свойства поверхностные слои, отличающиеся по своей структуре не только от глубинного слоя, но и друг от друга. Структурная слоевая неоднородность сильно влияет на деформируемость плёнок и ударную вязкость, а отличия в плотности упаковки «воздушного» и «зеркального» слоёв приводит к значительному различию в их набухании. Все эти характеристики оказывают значительное влияние на биоразлагаемость.

Чаще всего из-за слоевой неоднородности плёнки по прочностным характеристикам не удовлетворяют предъявляемым требованиям, поэтому они подвергаются разным методам модификации (например, вытягиванию). Однако модификация только уменьшает слоевую неоднородность, но полностью не устраняет её. [1, стр. 19 – 24]

2) Биоразлагаемость полимеров (основные понятия и закономерности). Классификация отходов по устойчивости в экосистемах.

Американское общество тестирования и материалов (The American Society of Testing and Materials, ASTM), стандарту которого по биоразлагаемости «ASTM D 6400-99» соответствует плёнка «EcoWorks», определяет понятие «биоразлагаемое соединение» как соединение, «способное подвергаться разложению с образованием диоксида углерода, метана, воды, неорганических соединений и биомассы, в котором доминирующим механизмом является воздействие со стороны микроорганизмов с помощью ферментов, которое может быть измерено с помощью стандартизированных тестов, в течение определённого периода времени, отражающего доступные для выбрасывания условия». Ясно, что в случае выделения метана речь идёт биоразлагаемости в анаэробных условиях; если же он не выделяется, а преобладающий газообразный продукт – CO2, то это биоразлагаемость в аэробных условиях.

Из-за большого размера полимерных молекул микроорганизмы могут разлагать их только путём выделения в окружающую среду ферментов (экзоферментов), способных расщепить молекулу на более мелкие водорастворимые молекулы, способные транспортироваться внутрь клеток и включаться в различные метаболические процессы. Как правило, структура полимера (в частности, плёнок) слишком плотна для того, чтобы клетка, гиф гриба или экзофермент слишком крупны для того, чтобы проникать внутрь неё, поэтому обычно биодеградация полимера – поверхностный процесс.

Как правило, в естественных условиях существуют также абиогенные процессы, нарушающие структуру полимера. Они или идут параллельно биодеградации, или предшествуют ей, облегчая доступ микроорганизмам и их экзоферментам. Это, например, химический (кислотный или щелочной) гидролиз, термическое разрушение, разрушение, вызванное окислением в присутствии УФ-лучей. Кроме того, такие факторы среды, как температура, влажность, pH, концентрация солей, наличие или отсутствие достаточного количества кислорода, безусловно, влияют на биоразлагаемость, т. к. эти факторы влияют на микроорганизмы вообще. [12]

Другой важнейший фактор, влияющий на интенсивность процессов биодеградации, – структура полимера. Так, с ростом длины цепи и разветвлённости молекул ухудшается их биоразлагаемость. Причём степень разветвлённости влияет на неё сильнее, чем молекулярная масса полимерного соединения. Кроме того, полимеры, содержащие в цепи гетероатомы (т. е. не атомы углерода), при прочих равных обычно разлагаются быстрее, чем молекулы, содержащие в основной цепи только углерод. Если в структуре полимера присутствует пространственная сшивка, то такой полимер наиболее устойчив. Помимо основной высокомолекулярной структуры, полимерные материалы содержат различные добавки, важнейшими из которых являются пластификаторы. Как правило, в качестве пластификаторов применяют сложные эфиры адипиновой, аконитовой, лауриновой, олеиновой, себациновой, фталевой и других органических кислот, а также фосфорной кислоты. Эти вещества гораздо быстрее минерализируются микроорганизмами, и поэтому от их процентного содержания зависит биоразлагаемость всего материала. Содержание пластификатора может достигать 30 ÷ 50% по массе. Среди пластификаторов наиболее устойчивы к действию микроорганизмов соединения на основе фосфорной и фталевой (из-за её ароматической структуры) кислот, наименее устойчивы эфиры себациновой и других алифатических кислот. Кроме пластификаторов, в состав полимеров входят различные наполнители: стабилизаторы, красители. Наполнители из естественных материалов – бумага, ткани, древесная мука – биологически нестойки.

Биодеградация синтетических полимеров осуществляется микроорганизмами различных таксономических групп, относящихся к грибам и бактериям. Среди грибов представлены, прежде всего, р. р. Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Cladosporium, Fusarium. Мицелий грибов разрастается на поверхности полимера и проникает вглубь через микротрещины. Разрушение структуры, как уже было сказано, происходит за счёт выделения экзоферментов; кроме того, некоторые метаболиты грибов (органические кислоты) могут агрессивно воздействовать на полимерную структуру. Среди бактерий наибольшую активность проявляют представители р. р. Streptomyces, Mycobacterium, Nocardia, Pseudomonas, Bacillus. Способность этих микроорганизмов разрушать полимерные материалы связана с большим разнообразием их ферментов и метаболитов, секретируемых ими в окружающую среду.

Важную роль в биодеградации полимеров играет их способность адсорбировать клетки микроорганизмов. Организмы прикрепляются к поверхности твёрдого субстрата за счёт как физико-химических процессов (неспецифическая адгезия), так и биологических (специфическая, «активная» адгезия). [7, стр. 488 – 489]

Важнейшая экологическая характеристика загрязняющего экосистему вещества – устойчивость этого вещества в данной экосистеме. Устойчивость соединения определяется сроком его пребывания в экосистеме без химического изменения. По степени устойчивости вещества принято подразделять на 3 категории:

1) Консервативные – вещества, либо вообще не разлагающиеся, либо разлагающиеся очень медленно. Это, например, ионы металлов, радионуклиды, хлорсодержащие органические вещества, многие синтетические полимеры – в частности, полиэтилен. В экосистеме концентрация этих веществ снижается, главным образом, за счёт разбавления;

2) Биогенные – вещества, включающиеся в биогеохимические круговороты – природные биополимеры, легко усваиваемые неорганические соединения азота и фосфора и др. Снижение концентрации идёт, в основном, за счёт биодеградации соединений.

3) Водорастворимые вещества, не включающиеся в биогеохимические круговороты. Они имеют техногенное происхождение и часто токсично для организмов экосистемы. Снижение концентрации идёт, в основном, за счёт биотрансформации этих веществ. [9]

Полиэтилен относится к консервативным соединениям, и ясно, что его заменитель должен быть гораздо ближе к биогенным.

3) Свойства полиэтилена и закономерности его биодеградации.

Полиэтилен – полимер, относящийся к классу полиолефинов. Полиолефины – предельные углеводороды с большой молекулярной массой, получаемые путём полимеризации алкенов. Кроме полиэтилена, к полиолефинам относят полипропилен, поли-(4-метил-1-пентен). Простейшая структура полиэтилена - неразветвлённая углеродная цепь:

(–CH2– CH2–)n

Однако полиэтилен получают при высоком давлении, и энергонасыщенность процесса при таких условиях приводит к образованию как коротких, так и длинных боковых цепей. Образование боковых ответвлений препятствует плотной упаковке основных полимерных цепей.

Различают полиэтилен низкой плотности (LDPE) и полиэтилен высокой плотности (HDPE). LDPE более пластичен, однако его структура имеет меньшую упорядоченность (кристалличность), что делает его несколько худшим по прочностным характеристикам, чем HDPE. В последние десятилетия всё большую популярность приобретает новый тип полиэтилена, обладающий промежуточными свойствами по сравнению с LDPE и HDPE, – линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE). Он подобен по структуре HDPE, но имеет более многочисленные и длинные боковые цепи. Он имеет ту же плотность, что и LDPE, но более высокие значения прочностных характеристик – предела прочности пря растяжении и меньшее – относительного удлинения при разрыве (см. п. 2.5), а также температуры плавления (118 °C по сравнению с 95 °C). Это объясняет то, что LLDPE всё чаще применяется для производства упаковочных материалов, в частности, для расфасовки горячих продуктов, т. к. температура его плавления выше температуры кипения воды. Кроме того, LLDPE вытесняет другие виды полиэтилена с рынка упаковочных материалов из-за лучшего соотношения цены и качества. [3, стр. 17 – 23]

("3") Полиэтилен относится к предельным углеводородам, поэтому механизм его биодеградации должен быть принципиально таким же, как и у алканов. Это полностью восстановленные соединения, поэтому для этого процесса необходимо значительное количество кислорода. Принципиальная схема окисления алканов приведена на рис. 2.

R–CH2–CH3

O2

2H 1

H2O

R–CH2–CH2OH

2

2H

R–CH2–CHO

H2O

3

2H

R–CH2–COOH

4

HOOC–R′–COOH цикл β-окисления

цикл β-окисления

Рис. 2. Принципиальная схема окисления алканов.

Реакция 1 – окисление алкана до спирта по концевому атому, катализируется сложным ферментным комплексом – оксидазой смешанных функций. Этот комплекс состоит из цитохрома P-450, флавинового белка (цитохром P-450-редуктазы) и кофермента NAD. Реакция 2 – окисление спирта до альдегида под действием алкогольдегидрогеназы, 3 – окисление альдегида до карбоновой кислоты под действием альдегиддегидрогеназы. Далее карбоновая кислота может либо сразу вступать в цикл β-окисления жирных кислот, либо вначале у неё может тем же путём окислиться крайний атом (так называемое ω-окисление), затем получившаяся дикарбоновая кислота будет окисляться по циклу β-окисления с двух сторон. Кроме того, если клетке необходимы липиды, синтезируемые на основе карбоновых кислот, образующихся в результате усвоения углеводородного субстрата, то эти кислоты и идут на биосинтез липидов. [8] Цикл β-окисления приведён на рис. 3.

R–(CH2)n–CH2–CH2–COOH

HS – CoA (ацил-CoA-синтетаза)

("4") H2O

Рис. 3. Цикл β-окисления жирных кислот.

(β-гидроксиацил - CoA-дегидрогеназа)

(ацил-CoA-дегидрогеназа)

В результате гидратации образуется рацемическая смесь изомеров гидроксиацила-CoA, а далее в реакцию вступает только L-изомер, поэтому для D-изомера предусмотрена реакция, переводящая его в L-форму. Она катализируется соответствующей эпимеразой. На каждом цикле β-окисления отщепляется одна молекула ацетил-CoA, что приводит к сокращению углеродной цепи кислоты на 2 атома углерода. Ацетил-CoA далее может вступать в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты), работающий совместно с дыхательной цепью.

Если углеродная цепь карбоновой кислоты содержит нечётное число атомов углерода, то в результате определенного количества циклов β-окисления образуется пропионил-CoA. В природе существует механизм включения этого вещества в катаболические процессы (рис. 4).

Биоразлагаемость алканов в значительной мере зависит от длины их углеводородного радикала. Из них наиболее биоразлагаемы метан (т. к. из-за большого количества метана, существовавшего ранее в атмосфере и выделяемого сейчас метаногенным сообществом, эволюционно сложились группа микроорганизмов, питающаяся метаном, и соответствующие метаболические пути его усвоения), а также соединения с 16 – 18 атомами углерода, т. к. из них образуются жирные кислоты, на основе которых можно синтезировать природные липиды. Зависимость активности биологического окисления алканов от числа атомов углерода в их молекулах приведена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость активности биологического окисления алканов от числа атомов углерода в их молекулах.

Высокомолекулярные углеводороды усваиваются микроорганизмами хуже в силу ряда причин. Прежде всего, с ростом размера молекулы уменьшается способность их быть транспортированными внутрь микробных клеток. Молекулы полимеров, в частности, полиэтилена, как уже было сказано, разрушаются микроорганизмами только с помощью секреции экзоферментов и метаболитов. Кроме того, при высокой молекулярной массе у вещества может быть плотная структура, затрудняющая биодеградацию. Что касается полиэтилена, то биодеградация его крайне затруднена в случае разветвления углеродных цепей. Когда β-окисление «натыкается» на третичный или четвертичный углеродный атом, его дальнейшее продолжение становится невозможным. В результате образуются карбоновые изокислоты, они накапливаются и угнетают рост микроорганизмов за счёт, в частности, снижения pH. [8] Поскольку в последнее время всё большую популярность приобретает LLDPE, имеющий сильно разветвлённую структуру, проблема утилизации полиэтилена становится ещё более острой.

4) Свойства алифатического полиэстера и закономерности его биодеградации.

Фирма-изготовитель представляет плёнку «EcoWorks» как плёнку, изготовленную из алифатического полиэстера. [10] Алифатический полиэстер – общее название полиэфирных высокомолекулярных соединений, получаемых методом поликонденсации между алифатическими дикарбоновыми кислотами и двухатомными спиртами [14]:

nHOOC–R–COOH + nHOR′OH D [–CO–R–CO–OR′O–]n + 2nH2O

[4, стр. 41]

Полиэстер представляется гораздо менее устойчивым в экосистемах, чем полиэтилен. Во-первых, его молекулы содержат кетонные группы, способные поглощать ультрафиолетовое излучение. Под его действием кетонные группы могут возбуждаться, отрывая атом водорода от соседнего атома углерода. При этом образуется полимерный радикал, который взаимодействует с молекулой кислорода, в результате чего образуется гидроперекись. Это неустойчивое соединение, которое разлагается с разрывом основной цепи и выделением воды. Во-вторых, полиэстер образуется за счёт сложноэфирных связей, а в природе существуют биополимеры, также образованные на основе таких связей, – липиды и их производные. Существуют ферменты – липазы, которые используются организмами для расщепления липидов до жирных кислот и глицерина (или других многоатомных спиртов). С помощью липаз, возможно, несколько модифицированных, микроорганизмы могут осуществлять гидролиз полиэстера. Липазы относят эстеразам – классу ферментов, осуществляющих гидролитический разрыв эфирных, сложноэфирных, кислотноангидридных связей. [7, стр. 489] Разлагаемость полиэстера с помощью липазы была подтверждена экспериментально. В 2002 г. в Обществе биотехнологических исследований (Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH.), расположенном в г. Брауншвайг (земля Нижняя Саксония, ФРГ), г-н Вельцель с сотрудниками провели оценку разлагаемости полиэстера на мономеры при помощи липазы, выделенной из бактерий р. Pseudomonas. Была сопоставлена во времени разлагаемость наночастиц полиэстера длиной порядка 200 нм и плёнки из того же полиэстера (рис. 6).

Доля разорванных сложноэфирных связей, %

плёнка

("5")

Рис. 6. Сопоставление скорости разложения наночастиц и плёнки из полиэстера при помощи липазы.

Эксперимент проводился при 40 °C и pH = 7. В обоих случаях максимальное количество разорванных сложноэфирных связей составило примерно 40% от общего. Оставшиеся связи находились в молекулах низкомолекулярных эфиров, которые данная липаза не в состоянии расщеплять. В случае плёнки время достижения этого пика было намного больше, чем для наночастиц, что связано с диффузионными ограничениями, причиной которых является структура плёнки. [12]

При гидролизе алифатического полиэстера образуются алифатические дикарбоновые кислоты и двухатомные спирты. Алифатические дикарбоновые кислоты могут включаться в цикл β-окисления с образованием ацетил-CoA, способного включаться в дальнейшее окисление по циклу Кребса. [5, стр. 98 – 100] Спирты могут подвергаться аналогичным превращениям, но вначале они должны с помощью алкоголь - и альдегиддегидрогеназ должны превратиться в дикарбоновые кислоты. [8]

Продукты расщепления полиэстера могут окисляться и в анаэробных условиях. При каждом цикле β-окисления выделяется ацетил-CoA, который может вступать в брожение сразу нескольких типов (рис. 7).

Рис. 7. Различные типы брожения, в которые может вступать ацетил-CoA.

В природе распространено, в основном, маслянокислое брожение (конечный продукт – бутират), переходящее в ацетоно-бутиловое (конечные продукты – ацетон (или 2-пропанол) и бутанол). Это брожение осуществляется бактериями рода Clostridium. Некоторые клостридии (Clostridium formicoaceticum, C. thermoaceticum, C. acidi-urici, C. cylindosporum) способны переносить водород, отщепляемый от субстрата, на CO2 с образованием ацетата:

8[H] + 2CO2 → CH3COOH + 2H2O

В роли субстрата в данном случае могут выступать продукты сбраживания мономеров полиэстера – бутират, бутанол, ацетон, 2-пропанол, ацетат, этанол. Дальнейший процесс анаэробной биодеградации идёт с образованием метана и осуществляется метанобразующими архебактериями – такими, как Methanococcus mazei, Methanosarcina mazei, Methanosarcina barkeri, Methanotrix soehngenii. В качестве субстрата они используют ацетат, образованный ацетогенными клостридиями, и CO2. [6, стр. 295, 300, 316 – 317]

5) Сопоставление полиэтилена и плёнки «EcoWorks» по прочностным характеристикам (табл. 1).

Таблица 1. Сопоставление полиэтилена различных типов

и плёнки «EcoWorks» по прочностным характеристикам.

Материал плёнки	Предел прочности при растяжении*, МПа	Относительное удлинение при разрыве, %
Полиэтилен [2, стр.18]	LDPE	15,5	400
LLDPE	19,4	350
HDPE	29,4	330
EcoWorks [10]	18,3	347

("6") *Данные являются усреднёнными.

Из приведённых данных можно сделать вывод о том, что по прочностным характеристикам плёнка «EcoWorks» сопоставима с полиэтиленом и ближе всего к LLDPE.

6) Экспериментальные методы оценки биоразлагаемости и результаты конкретных опытов.

В 2004 г. специалисты канадского Исследовательского центра сельского хозяйства и сельскохозяйственной пищевой продукции (Agriculture and Agri-Food Canada Research Centre), расположенного в г. Хэрроу (провинция Онтарио) во главе с Джоном Уорнером провели эксперимент. Он заключался в мульчировании посевов кукурузы с помощью различных биоразлагаемых плёнок («EcoFilm», «Eco-one», «EcoWorks» и «Mater-Bi»), а также полиэтилена. Кроме того, был проведён контрольный засев без мульчирования. Эксперимент заключался в сравнении всхожести семян и скорости их всхода под разными типами мульчи, а также в оценке биоразлагаемости плёнок. Каждый вариант мульчирования и контроль были реализованы на 4 делянках (т. е. по 4 делянки на каждый). Семена были засеяны 29 апреля; тип почвы – песчаный суглинок.

Была проведена оценка всхожести семян через 10, 12 и 14 дней после посева (табл.2):

Таблица 2. Оценка всхожести семян через 10, 12 и 14 дней

после посева.

Мульча	Всхожесть, %, через промежуток времени, дни*
10	12	14
EcoFilm	65,8	85,5	87,7
Eco-one	70,4	81,6	86,4
EcoWorks	51,2	77,1	83,8
Mater-Bi	68,9	82,7	84,4
Полиэтилен	80,1	86,3	87,7
─────	0	68,2	79,7

("7") *Данные усреднены по 4 делянкам для каждого случая.

Различная скорость всхода семян и итоговая всхожесть вызваны, прежде всего, различной температурой почвы. Видно, что без мульчирования эти величины минимальны; из всех типов мульчи наиболее эффективен с точки зрения всхожести и скорости всхода полиэтилен. Однако при сборе урожая (через 81 день после посева) весь полиэтилен (как, впрочем, и плёнка «Eco-one») остались нетронутыми. Плёнка «EcoWorks» в течение сезона становилась всё более хрупкой, разрывы в ней разрастались, однако при сборе урожая около 90% её оставалось неразрушенным. Что касается «Mater-Bi» и «EcoFilm», то уже приблизительно через 50 дней начали образовываться длинные разрывы, а при сборе урожая оставалось примерно от 50 до 75% плёнки. Однако к концу сентября все биоразлагаемые плёнки в достаточной степени разложились, в почве оставались лишь небольшие куски плёнок размером не более 13 см. [15] Однако фирма-изготовитель плёнки «EcoWorks» указывает, что эта плёнка разлагается в условиях компоста в течение нескольких недель. Хотя исследование проводилось в суглинистой почве, далёкой от условий компоста, разложение плёнки продолжалось в течение примерно 5 месяцев.

Плёнка «EcoWorks» соответствует стандарту по биоразлагаемости «ASTM D 6400-99». Опыты по соответствию материала этому и другим подобным стандартам проводит Центр высокотехнологичных материалов (Advanced Materials Center Inc.), расположенный в г. Оттава (штат Иллинойс, США). Например, в 2003 г. был проведён тест на биоразлагаемость пенистого полимера, в качестве контроля использовалась целлюлоза. Было взято 3 образца полимера и 2 контрольных образца целлюлозы; все образцы представляли собой тонкие ломтики массой 0,56 ÷ 0,60 г. Все они были помещены в компост на 70 дней. В течение эксперимента проводилось постоянное измерение выделяющегося CO2. Результаты измерения проиллюстрированы на рис. 7.

Время экспозиции, сут.

Образец №1

Образец №2

Образец №3

Рис. 7. Динамика выделения CO2 в эксперименте по оценке соответствия полимера стандарту «ASTM D 6400-99».

Окончательные результаты эксперимента приведены в табл. 3.

Таблица 3. Окончательные результаты эксперимента по

оценке соответствия полимера стандарту

«ASTM D 6400-99».

Величина	Образец № 1	Образец № 2	Образец № 3	Контроль № 1	Контроль № 2
Масса в начале опыта, г	0,5718	0,6001	0,5748	0,56	0,5618
Масса в конце опыта, г	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
Масса выделившегося CO2, г	0,383	0,488	0,473	0,618	0,612
Общая масса углерода, г	0,3732	0,391	0,3597	0,4129	0,4129
Теоретический выход CO2, г	0,782	0,8598	0,7576	0,8473	0,85
Процент выхода CO2	48,98	56,76	62,43	72,94	72,00

("8") По условиям стандарта «ASTM D 6400-99», тестируемое биоразлагаемое соединение должно, во-первых, потерять не менее 60% своей массы, во-вторых, выход CO2 должен составлять не менее 60%. Первое условие выполнено всеми тремя образцами, а второе – только третьим. Поэтому вердикт, вынесенный организацией по данному эксперименту, был следующим:

- образец №1 отчасти биоразлагаем;

- образец №2 практически биоразлагаем;

- образец №3 биоразлагаем. [16]

Итак, исходя из принципиального различия в химической природе плёнки «EcoWorks» и полиэтилена и результатов конкретных экспериментов, можно утверждать, что плёнка «EcoWorks» является значительно более биоразлагаемой, чем полиэтилен. Это можно подтвердить путём периодического измерения массы образцов плёнки, помещённой в различные среды (главным образом, в компост, т. к. фирма-изготовитель гарантирует 100%-ную биоразлагаемость именно в этой среде), визуального наблюдения за образцами плёнки и полиэтилена, а также измерения количества CO2, выделяющегося при обработке образцов плёнки препаратами микроорганизмов, способных её разлагать.

3. Объекты и методы исследования.

Биоразлагаемость оценивалась сравнительно в различных средах:

- компост (наиболее ответственная часть эксперимента, т. к. фирма-изготовитель гарантирует 100%-ную биоразлагаемость именно в этой среде);

- почва (суглинистая средней полосы России, образец взят в Москве);

- почва (та же) с добавлением модельной смеси микроорганизмов, рекомендованной ВНИИ «СинтезБелок» для ускорения компостирования (далее – КМС);

- водопроводная вода;

- водопроводная вода с добавлением КМС;

- морская вода (модель);

- сточная вода предприятия по производству маргарина.

В каждой среде параллельно с образцами плёнок «EcoWorks для сравнения устанавливались образцы полиэтилена. Твёрдые среды (компост, почва, почва с модельной смесью микроорганизмов) поддерживались во влажном состоянии, кроме того, периодически производилось их рыхление.

С учётом описанных выше методов оценки биоразлагаемости, в текущем эксперименте были использованы следующие приёмы:

- визуальное наблюдение за состояние образцов плёнки и полиэтилена, а также за состоянием водных сред;

- микробиологический анализ: высев на твёрдые питательные среды Сабуро (для грибов и дрожжей) и глюкозо-пептонную (для бактерий) с последующим микроскопированием ´ 400 – 1000;

- периодическое измерение массы образцов плёнки;

("9") - измерение количества выделившегося за определённый промежуток времени CO2 с помощью осаждения его водным раствором Ba(OH)2 – с использованием как модельной смеси микроорганизмов, так и смешанной культуры микроорганизмов, выделенных с образца плёнки, помещенного ранее в компост.

4. Описание эксперимента, его результаты и их обсуждение.

Во все среды, используемые в эксперименте, 3.11.05 были внесены образцы плёнки и контрольные образцы полиэтилена. По одному образцу плёнки и полиэтилена из каждой среды были облучены 23.12.05 и 17.02.06 (т. е. через 50 и 106 суток экспозиции соответственно) в течение 6 часов ультрафиолетом и помещены обратно.

1) Визуальное наблюдение и микробиологический анализ.

Схема опыта приведена в табл. 4.

Таблица 4. Схема опыта.

Время экспозиции, сут.	Жидкие среды инкубирования	Твёрдые среды инкубирования
Водопроводная вода	Вода с КМС	Морская вода	Сточная вода	Компост	Почва	Почва с КМС
0	Начало опыта: установка образцов плёнки и полиэтилена
50	УФ-облучение по одному образцу плёнки и полиэтилена в течение 6 часов
50	Микробиологический анализ: высев, описание и микроскопирование колоний
106	Повторное УФ-облучение образцов плёнки и полиэтилена в течение 6 часов
1 – 180	Визуальное наблюдение за средами и образцами плёнки и полиэтилена	Визуальное наблюдение за образцами плёнки и полиэтилена
180	Осмотр и микроскопирование образцов плёнки и полиэтилена

("10") Высев был проведен 23.12.05 (т. е. через 50 суток экспозиции) Из жидких сред было взято по 0,1 мл каждой и методом истощающего штриха высеяно в 4 чашки Петри для каждого образца: по 2 чашки со средой Сабуро и глюкозо-пептонной средой. Из твёрдых сред были взяты по одному образцу плёнки и полиэтилена, разрезаны пополам. Половины каждого из образцов были очищены от среды, выложены в чашки Петри – одна в чашку со средой Сабуро, другая – в чашку с глюкозо-пептонной средой. Результаты высева и микроскопирования приведены в табл. 5 и 6.

Таблица 5. Результаты высева и микроскопирования

(жидкие среды инкубирования).

Среда инкубирования	Питательная среда	Количество колоний*	Морфология колоний	Результаты микроскопирования колоний	Увеличение
Водопровод-ная вода	Сабуро	-
Глюкозо-пептонная	+	Крупные круглые мутно-белые колонии	Палочки, распдающиеся на кокки	´ 1000
+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов со спорангиями, споры	´ 400
Вода с КМС	Сабуро	+	Среднего размера круглые мутно-белые колонии	Крупные клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	++	Очень крупные мутно-белые колонии	Мелкие палочки	´ 1000
+++	Большое количество маслянистых мелких мутно-белых колоний	Очень мелкие палочки	´ 1000
Морская вода	Сабуро	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов, споры	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Крупные круглые белые колонии	Крупные кокки, встречаются диплококки	´ 1000
+	Среднего размера белые маслянистые колонии	Мелкие палочки	´ 1000
+++	Большое количество среднего размера и очень мелких маслянистых бледно-жёлтых колоний	Крупные и среднего размера кокки	´ 1000
Сточная вода	Сабуро	+++	Большое количество мелких и очень мелких мутно-белых колоний	Крупные клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	+++	Большое количество мелких, очень мелких и среднего размера мутно-белых маслянистых колоний	Очень мелкие палочки	´ 1000

("11") *здесь и далее: «-» – отсутствие колоний;

«+» – до 10 колоний;

«++» – от 10 до 100 колоний;

«+++» – более 100 колоний.

Судя по результатам высева, наибольшее количество микроорганизмов находится в сточной воде; значительное их количество находится в морской воде и в воде с модельной смесью. В водопроводной воде количество микроорганизмов наименьшее. Однако в сточной воде, кроме плёнки и полиэтилена, имеются и другие потенциальные субстраты для роста микроорганизмов.

Таблица 6. Результаты высева и микроскопирования

(твёрдые среды инкубирования).

Среда инкубирования	Материал	Питательная среда	Количество колоний	Морфология колоний	Результаты микроскопирования колоний	Увеличение
Компост	Плёнка	Сабуро	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов	´ 400
+	Мутно-белые дугообразные колонии актиномицет	Крупные палочки, распадающиеся на кокки	´ 400
+++	Большое количество мелких и очень мелких бледно-жёлтых маслянистых колоний	Среднего размера кокки, большое ко-личество дипло-кокков	´ 1000
Полиэтилен	Сабуро	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Несептированные гифы грибов, отдельные споры	´ 400
+++	Большое количество мелких и очень мелких мутно-белых маслянистых колоний	Среднего размера клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Несептированные гифы грибов, отдельные споры	´ 400
+	Мутно-белые дугообразные колонии актиномицет	Крупные палочки, распадающиеся на кокки	´ 400
++	Крупные, среднего размера и мелкие мутно-белых колонии	Крупные изогнутые палочки	´ 1000
Почва	Плёнка	Сабуро	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов	´ 400
+	Крупные белые круглые колонии с ворсистой поверхностью	Крупные почку-ющиеся клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов	´ 400
+	Мутно-белые дугообразные колонии актиномицет	Крупные палочки	´ 400
Полиэтилен	Сабуро	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Несептированные гифы грибов, отдельные споры	´ 400
++	Среднего размера и мелкие мутно-белые колонии	Крупные клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Несептированные гифы грибов	´ 400
+	Мутно-белые дугообразные колонии актиномицет	Крупные изогнутые палочки	´ 400
++	Крупные и средние мутно-белые колонии	Крупные и среднего размера кокки	´ 1000
Почва с КМС	Плёнка	Сабуро	++	Мелкие мутно-белые маслянистые колонии	Крупные и среднего размера клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Септированные гифы грибов, отдельные споры	´ 400
++	Крупные, среднего размера и мелкие мутно-белые маслянистые колонии	Крупные, среднего размера и мелкие кокки	´ 1000
Полиэтилен	Сабуро	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Несептированные гифы грибов	´ 400
++	Крупные белые колонии с ворсистой поверхностью	Крупные почку-ющиеся клетки дрожжей	´ 400
Глюкозо-пептонная	+	Белые ветвистые колонии грибов с гладким краем	Несептированные гифы грибов	´ 400
+	Белые ветвистые колонии грибов с ветвистым краем	Септированные гифы грибов со спорангиями, споры	´ 400
++	Крупные и среднего размера мутно-белые колонии с маслянистой поверхностью	Крупные палочки	´ 1000

("12") Наблюдалось значительное количество колоний микроорганизмов, прораставших с образцов как плёнки, так и полиэтилена, взятых из всех сред. Но это могут быть как микроорганизмы, разлагающие плёнку или полиэтилен, так и те, которые питаются субстратами, находящимися в самих твёрдых средах. Однако необходимо отметить, что мицелий грибов, выросших с образцов плёнки, был септированным; грибы, выросшие с образцов полиэтилена, имели преимущественно несептированный мицелий. Это может говорить о наличии определённых различных таксономических групп грибов, способных разлагать плёнки из алифатического полиэстера и полиэтилена.

В течение эксперимента проводилось визуальное наблюдение за средами и образцами. 2.05.06 (т. е. через 180 суток, или 6 месяцев экспозиции) образцы были вынуты из сред, очищены от них и высушены. Результаты наблюдения приведены в табл. 7.

Таблица 7. Результаты визуального наблюдения.

Среда инкубирования	Результаты наблюдения
в процессе эксперимента	в конце эксперимента (осмотр образцов после очистки от среды)
Водопровод-ная вода	Небольшое количество взвешенных частиц. В зоне аэрации на плёнках слабый налёт желтоватого цвета, на полиэтилене – налёт ещё более слабый	Слабый желтоватый налёт на плёнках, ещё более слабый – на полиэтилене
Вода с КМС	Мелкие взвешенные частицы. В зоне аэрации на плёнках налёт желтоватого цвета, на полиэтилене – очень слабый налёт	Желтоватый налёт на плёнках, слабый – на полиэтилене
Морская вода	Крупные и мелкие взвешенные частицы. Крупные покрыты белым слизистым налётом. Плёнки и полиэтилен в зоне аэрации покрыты аналогичным налётом.	На плёнках и полиэтилене мутно-жёлтый налёт
Сточная вода	Большое количество крупных хлопкообразных и мелких частиц. Происходило постепенное осветление воды. Плотный мутно-жёлтый налёт на плёнках и полиэтилене в зонах аэрации.	На плёнках и полиэтилене плотный мутно-коричневатый налёт
Твёрдые среды	В компосте ближе к концу эксперимента было заметно разложение плёнки	На всёх плёнках и полиэтилене желтоватый налёт, наиболее плотный на плёнках из компоста. Участки плёнок, окружённые компостом со всех сторон, разложились полностью или частично. Наибольшая степень разложения у облучённых плёнок

После очистки от среды образцы плёнок и полиэтилена были промикроскопированы при увеличении ´ 400. Проросшие гифы грибов обнаружены не были. Отсюда можно сделать вывод, что разложение плёнок (и полиэтилена, если оно происходило) носило преимущественно бактериальный характер. Что касается массового прорастания грибов на высеянных из твёрдых сред образцах, то оно вызвано, скорее всего, прорастанием спор, адсорбировавшихся из почвы и компоста и образованных растущими там грибами. Наиболее активно разложение происходило в твёрдых средах (особенно в компосте), а также в сточной воде. Менее интенсивно оно происходило в воде с КМС и морской воде (несмотря на некоторую экстремальность условий последней). В водопроводной воде разложение практически не наблюдалось. В жидких средах условия можно считать практически анаэробными, в то время как условия в твердых средах – аэробными, т. к. периодически производилось их рыхление.

Разложение плёнки «EcoWorks» в компосте было констатировано через 6 месяцев после постановки эксперимента, в то время как фирма-разработчик указывает, что она разлагается в компосте в течение нескольких недель. Результат эксперимента сопоставим с результатом опыта по мульчированию, проведённого в Канаде (см. п. 2.6), где разложение плёнки было констатировано в течение 5 месяцев после начала опыта.

2.05.06 с одного из оставшихся образцов плёнки (необлучённой, т. к. у облучённых образцов осталась только та их часть, которая находилась в воздухе над поверхностью компоста) был сделан соскоб налёта. Налёт был высеян на чашку Петри с мясо-пептонным агаром (средой для бактерий). Затем были произведены последовательные пересевы полученных колоний с целью выделения чистых культур микроорганизмов, разлагающих плёнку «EcoWorks». После выделения чистых культур их препараты были промикроскопированы при увеличении ´ 1000 и подвергнуты окрашиванию по Граму. Результаты высева, микроскопирования и окрашивания приведены в табл. 8.

("13") Таблица 8. Результаты высева культур, выделенных с по-

верхности плёнки, разложившейся в компос-

те, микроскопирования и окрашивания их

препаратов.

Количество колоний	Результаты высева	Результаты окрашивания по Граму	Результаты микроскопирования колоний
++	Мелкие круглые маслянистые мутно-белые колонии с оранжеватым отливом	Г-	Крупные палочки, распадающиеся на кокки
++	Крупные и очень крупные маслянистые мутно-белые слабо окрашенные колонии	Г+	Среднего размера палочки, распадающиеся на кокки
+	Крупные мутно-белые колонии с волнообразным краем	Г-	Крупные кокки
+	Крупные мутно-оранжевые, сильно пигментированные колонии с волнообразным краем	Г-	Мелкие палочки
+	Мутно-белые дугообразные колонии актиномицет	Г-	Среднего размера палочки, распадающиеся на кокки
+++	Большое количество мелких и очень мелких белых колоний	Г-	Крупные палочки

("14") Выделенные чистые культуры могут быть использованы для получения биопрепарата для ускорения биодеградации плёнки.

2) Оценка динамики изменения массы образцов плёнки.

Массы исходных образцов плёнки составила 0,05 ÷ 0,06 г. Приблизительно через 3 месяца экспозиции (10.02.06) было проедено взвешивание предварительно очищенных и высушенных образцов плёнки из всех сред. Результаты приведены в табл. 9.

Таблица 9. Масса образцов плёнки через 3 месяца экспози-

ции и степень её снижения.

Среда инкубирования	Масса плёнки, г	Степень снижения массы плёнки, %
Водопроводная вода	0,0554	2,29
Вода с КМС	0,0486	14,29
Морская вода (модель)	0,0491	13,40
Сточная вода	0,0482	14,99
Компост	0,0394	31,57
Почва	0,0473	16,58
Почва с КМС	0,0475	16,23

("15") Результаты взвешивания позволяют судить о наличии тенденции к разложению плёнок. Кроме того, разное изменение массы плёнок в различных средах также позволяет судить о различной скорости её биодеградации, однако величины этого изменения очень малы, поэтому нельзя делать исчерпывающие выводы, опираясь только на эти данные. Большой вклад в различие снижения массы плёнок могли внести, прежде всего, неодинаковые размеры плёнок, приборная погрешность аналитических весов и состояние их подвижных частей.

24.03.06 был поставлен опыт, цель которого – более точная оценка биоразлагаемости плёнки «EcoWorks» по изменению её массы, а также оценка влияния УФ-излучения на биоразлагаемость. Было взвешено 6 образцов плёнки примерно одинакового размера. Они были помещены в 2 чашки Петри (по 3 в каждую) и присыпаны компостом так, чтобы значительная часть их поверхности была открыта, оставшаяся часть контактировала с компостом. Одна чашка Петри ежедневно с перерывами на выходные и праздничные дни в течение рабочего дня подвергалась УФ-облучению – таким образом имитировалось солнечное УФ-облучение в течение светового дня, которое не имеет одинаковую интенсивность в связи с облачностью и осадками. Другая чашка Петри была изолирована от УФ-излучения. Через 2 месяца после начала опыта компост и плёнки в обеих чашках Петри были обработаны смешанной культурой микроорганизмов, выделенных с поверхности разложившейся в компосте плёнки. Результаты опыта приведены в табл. 10 и проиллюстрированы на рис. 8.

Таблица 10. Результаты опыта по оценке биоразлагаемо-

сти плёнки по изменению её массы и изуче-

нию влияния УФ-излучения на биоразлагае-

мость.

№ образца плёнки	Наличие УФ-облучения	Масса образца плёнки, г, через промежуток времени с начала опыта:	Итоговая степень снижения массы плёнки, %
0 (до начала)	1 месяц	2 месяца	3 месяца
1	+	0,0661	0,0566	0,0503	0,0461	18,55
2	0,0481	0,0409	0,0357	0,0330	19,32
3	0,0574	0,0516	0,0483	0,0452	12,40
1	-	0,0491	0,0488	0,0475	0,0464	5,69
2	0,0572	0,0563	0,0543	0,0519	7,82
3	0,0549	0,0537	0,0518	0,0487	9,31

("16") Масса плёнки, г

Рис. 8. Результаты опыта по оценке биоразлагаемости плёнки по изменению её массы и изучению влияния УФ-излучения на биоразлагаемость.

Из результатов этого опыта становится ясно, что УФ-облучение плёнки «EcoWorks» при высоких дозах значительно стимулирует её биоразлагаемость, особенно на начальной фазе биодеградации.

3) Оценка биоразлагаемости плёнки по массе выделяющегося при её инкубировании CO2.

7.04.06 был поставлен опыт по измерению количества CO2, выделяющегося при аэробном разложении плёнки «EcoWorks». Для этого в две колбы со 100 мл стерильной минеральной среды «МР9» в каждой было засеяно большое количество микроорганизмов КМС (примерно по половине чашки Петри, заросшей сплошным газоном, в каждую). В одну из них были погружены 2 образца плёнки «EcoWorks», другая колба использовалась в качестве контроля и содержала раствор глюкозы низкой концентрации (~0,1%). Они были соединены резиновыми трубками с приёмниками, содержащими 0,1н раствор Ba(OH)2. Колбы были инкубированы на качалке для аэрации.

В данном опыте критериями оценки степени разложения плёнок служили:

- масса выделяющегося CO2;

- изменение массы плёнок;

- рост микроорганизмов в жидкой среде колб.

Результаты измерения роста микроорганизмов представлены в табл. 11 и проиллюстрированы на рис. 9.

Таблица 11. Результаты измерения роста микроорганиз-

мов в опыте с КМС.

Дата измерения	Время экспозиции, сут.	Рост микроорганизмов, D · 10-1
Колба с плёнками	Контроль
7.04.06	0	0,36	0,27
20.04.06	13	0,39	0,25
2.05.06	25	0,45	0,23
10.05.06	33	0,52	0,22
18.05.06	41	0,54	0,18
24.05.06	47	0,57	0,15

("17") Рост микроорганизмов, D · 10-1

Из приведённых результатов видно, что в колбе с плёнками имел место устойчивый рост. Что касается контрольной колбы, то раствор глюкозы был слабым, поэтому вся имеющаяся в нём глюкоза была быстро израсходована микроорганизмами, количество которых затем начало снижаться.

В конце опыта (24.05.06 – через 47 суток экспозиции) была измерена масса образовавшегося в приёмниках BaCO3, затем была рассчитана масса содержащегося в нём CO2:

- колба с плёнками: 0,0356 г;

- контроль: 0,0148 г.

Кроме того, было проведено измерение массы плёнок до начала и после окончания опыта приведены в табл.12.

Таблица 12. Результаты измерения массы плёнок в опыте

с КМС.

№ образца плёнки	Масса плёнки, г	Степень снижения массы плёнки, %
до начала опыта	после окончания опыта
1	0,0756	0,0651	12,57
2	0,0796	0,0662	16,83

("18") Результаты опыта подтверждают, что плёнка «EcoWorks» разлагается в водной среде с модельной смесью микроорганизмов, моделирующей с микробиологической точки зрения условия компостирования.

Далее была исследована биоразлагаемость плёнки «EcoWorks» с помощью смешанной культуры бактерий, выделенных с поверхности такой же плёнки, находившейся в компосте в течение 6 месяцев (см. п. 4.1). Опыт был поставлен 26.05.06. В одной колбе в стерильную минеральную среду «МР9» вместе в культурой (далее – СКВПП) была погружена плёнка №1 из предыдущего опыта, в другую колбу вместе с той же средой и культурой – новая плёнка. Таким образом в опыте сопоставляется скорость биодеградации плёнки на начальном и последующем этапе её разложения. Опыт был организован аналогично предыдущему. Результаты измерения роста микроорганизмов приведены в табл. 13 и проиллюстрированы на рис. 10.

Таблица 13. Результаты измерения роста микроорганиз-

мов в опыте с СКВПП.

Дата измерения	Время экспозиции, сут.	Рост микроорганизмов, D · 10-1
Колба с плёнкой из опыта с КМС	Колба с новой плёнкой
26.05.06	0	0,17	0,16
2.06.06	7	0,36	0,22
9.06.06	14	0,42	0,26
16.06.06	21	0,47	0,28

Рост микроорганизмов, D · 10-1

("19")

Из приведённых результатов видно, что в обеих колбах наблюдался устойчивый рост, причём более интенсивный, чем в опыте с КМС. В колбе с плёнкой из опыта с КМС рост был интенсивнее, чем в колбе с новой плёнкой.

В конце опыта (16.06.06 – через 21 сутки экспозиции) также была измерена масса образовавшегося в приёмниках BaCO3, затем была рассчитана масса содержащегося в нём CO2:

- колба с плёнкой из опыта с КМС: 0,0493 г;

- колба с новой плёнкой: 0,0226 г.

Результаты измерения массы плёнок до начала и после окончания опыта приведены в табл. 14.

Таблица 14. Результаты измерения массы плёнок в

опыте с СКВПП.

Разлагаемый объект	Масса плёнки, г	Степень снижения массы плёнки, %
до начала опыта	после окончания опыта
Плёнка из опыта с КМС	0,0651	0,0497	23,64
Новая плёнка	0,0412	0,0339	17,41

Результаты опыта показывают, что СКВПП может быть использована в качестве достаточно интенсивного биопрепарата, ускоряющего биодеградацию плёнки «EcoWorks». Интенсивность этого биопрепарата значительно выше, чем у биопрепарата на основе КМС. Кроме того, скорость биодеградации частично разложившейся плёнки «EcoWorks» выше, чем у плёнки, не начавшей разлагаться.

5. Выводы.

("20") 1) плёнка «EcoWorks» при нормальных и близких к ним условиях разлагается в компосте в течение 5 – 6 месяцев;

2) длительное облучение ультрафиолетом, которое достигается, например, при длительном пребывании на солнце, в значительной степени ускоряет биодеградацию плёнки;

3) плёнка в меньшей степени, чем в компосте, биоразлагаема в почве с добавлением и без добавления модельной смеси микроорганизмов, рекомендованной ВНИИ «СинтезБелок» для ускорения компостирования, а также в сточной воде предприятия по производству маргарина. В ещё меньшей степени она биоразлагаема в морской воде и в водопроводной воде с добавлением аналогичной модельной смеси; в чистой водопроводной воде она практически не является биоразлагаемой.

6. Заключение.

Плёнка «EcoWorks» при нормальных и близких к ним условиях разлагается в компосте в течение нескольких месяцев, а не недель, как указывает фирма-изготовитель. Если она в результате собственных экспериментов констатировала биодеградацию плёнки в компосте с такой скоростью, то необходимо информирование потребителя об условиях, при которых эти эксперименты проводились.

7. Список использованной литературы.

1. Полимерные плёночные материалы/ под ред. / М.: Химия, 1976.

2. . Полимерные плёночные материалы/ М.: Знание, 1972.

3. Дж. Х. Бристон, . Полимерные плёнки/ пер. с англ.; 3-е изд./ М.: Химия, 1993.

4. . Высокомолекулярные соединения: Учебник для вузов по специальности «Химическая технология высокомолекулярных соединений»/ М.: Высшая школа, 1992.

5. . Начала биохимии: Курс лекций/ РХТУ им. / М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002.

6. Г. Шлегель. Общая микробиология/ пер. с нем./ М.: Мир, 1987.

7. , . Научные основы экобиотехнологии: Учебное пособие для студентов/ М.: Мир, 2006.

8. Лекции по микробиологии.

9. Лекции по санитарно-гигиеническим основам биотехнологии.

10. http://www. /

11. http://www. /

12. http://www. gbf. de/

13. http://www. /

14. http://www. designinsite. dk/

("21") 15. http://www. /

16. http://www. /

preview_end()