Otimização estatística de P(3HB

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9005 (2023) Citar este artigo

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O poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) [P(3HB-co-3HHx)] é um copolímero bacteriano da família dos polihidroxialcanoatos (PHAs), um bioplástico de última geração. Nossa equipe de pesquisa desenvolveu recentemente uma nova cepa bacteriana produtora de P(3HB-co-3HHx), Cupriavidus necator PHB-4/pBBR_CnPro-phaCRp. Esta linhagem 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 linhagem não foi estudada até o momento. Assim, este estudo visa aumentar a produção de copolímeros P(3HB-co-3HHx) contendo composições de monômeros 3HHx superiores usando 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 4% em mol de composições 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 agitador de 10L. Além disso, as propriedades do polímero produzido eram semelhantes ao 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 uso único à base de petróleo, por exemplo, luvas, roupas médicas de proteção, máscaras, frascos de desinfetante para as mãos, plásticos para viagem, recipientes para alimentos e kits de testes médicos1,2. Esses plásticos convencionais não são biodegradáveis ​​e podem permanecer em aterros sanitários e marinhos por muitos anos, influenciando significativamente a qualidade do solo, atividade microbiana, fauna e flora3. Por entrar na cadeia alimentar, causa risco à saúde humana4. Devido a essas 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 Objetivos 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 archaea sob condições de estresse7,8. Os PHAs são termoplásticos com propriedades comparáveis ​​aos polímeros tradicionais à base de petróleo, como polipropileno (PP) e 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 no número de carbonos nos constituintes monoméricos: PHAs de cadeia curta (SCL-PHA, C3-C5), que consistem em monômeros de 3 a 5 carbonos, e PHAs de cadeia média (MCL -PHA, C6-C14), que consistem em monômeros de 6 a 14 carbonos nas unidades de 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) rígido15,16. Além disso, devido à sua excelente biocompatibilidade e biodegradabilidade, o P(3HB-co-3HHx) é um copolímero candidato adequado para aplicações biomédicas17.