مقدمه:

پليمرها ی زيست تخريب پذير در مقايسه با پلاستيك هاي موجود نه تنها در فرآيند توليد،انرژي كمتري مصرف مي نمايند بلكه به دليل مواد مصرفي تجديدپذير از اهميت ويژه اي برخوردارند. ساده ترين تعريف پليمر عبارت است از ماده اي كه از تعداد متنابهي واحديكسان ساخته شده. پليمر را مانند يك زنجير در نظر بگيريد كه هرحلقه زنجير( مر) ناميده مي شود كه عنصر اصلي كربن و عناصر ديگرنظير هيدروژن، اكسيژن، نيتروژن و يا سيليكون به آن متصل مي باشند. از بهم پيوستن مرها، پليمر توليد مي شود. پليمرهايي نظير قير، پوسته لاك پشت، شيره درختان از شروع زمان وجود داشته اند كه انسا نهاي اوليه با اعمال حرارت و فشار از آن ها وسايل تزئيني و جواهرآلات مي ساخته اند. ساخت اولين پليمر نيمه سنتزي كه به ولكانيزاسيون لاستيك انجام شد به سال 1909 توسط باکلیت بر مي گردد و پس از آن و در سال 1911 ابريشم مصنوعي توليد می گردد.

اطرافمان انباشته از پلاستیك شده است. هر كاری كه انجام می دهیم و هر محصولی را كه مصرف می كنیم، از غذایی كه می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیك سروكار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است. در كشوری مثل استرالیا سالانه حدود یك میلیون تن پلاستیك تولید می شود كه ۴۰ درصد آن صرف مصارف داخلی می شود. در همین كشور هرساله حدود ۶ میلیون بسته یا كیسه پلاستیكی مصرف می شود. گرچه بسته بندی پلاستیكی با قیمتی نازل امكان حفاظت عالی از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذایی را فراهم می كند ولی متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطی حاصل از آن گریبان گیر بشریت شده است. اكثر پلاستیك های معمول در بازار از فرآورده های نفتی و ذغال سنگ تولید شده و غیرقابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می كشد. به منظور رفع این مشكل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدشونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان هستند.

واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است كه به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیرواحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمی مانند. استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یك محصول وجود دارد كه عمدتاً به تجزیه ۶۰ تا ۹۰ درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می شود. این استاندارد در كشورهای مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیك های معمولی، طویل بودن طول مولكول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده كه تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه كننده با مشكل مواجه می كند.

با این حال تولید پلاستیك ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه كنندگان طبیعی می شود. برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم های طبیعی، تولید نسل جدیدی از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهای طبیعی در دستور كار بسیاری از كشورهای پیشرفته قرار گرفته است. به طور مثال دولت آمریكا طی برنامه ای بنا دارد تا سال ،۲۰۱۰ تولید مواد زیستی را با استفاده از كشاورزی و با بهره برداری از انرژی خورشید با درآمد تقریبی ۱۵ تا ۲۰ میلیارد دلار انجام دهد. در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باكتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه كنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند. برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

▪ دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاك را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.

▪ دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و كارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود كیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.

در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است. همانطور كه ذكر شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از كشاورزی، یكی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد: نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی كه از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند كه به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی كاربرد دارند. دسته دیگر موادی هستند كه پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند.

مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند كه مثال بارز آن پلی هیدروكسی آلكانوات ها هستند. باكتری ها از جمله موجوداتی هستند كه این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیكره سلولی خود تولید می كنند. این باكتری به سهولت در محیط كشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.

رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است كه پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باكتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است. نكته ای كه نباید از نظر دور داشت این است كه به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار كمتر از پلاستیك های سنتی باشد؛ چرا كه بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد. در ادامه مبحث، تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصی مورد بررسی قرار می گیرد. تقریباً تمامی پلاستیك های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی كه غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باكتری های خاكزی مانند Ralstonia eutrophus است كه تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروكسی آلكانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-كوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است. در خلال دهه ۸۰ میلادی شركت انگلیسی ICI فرآیند تخمیری را طراحی و اجرا كرد كه از آن طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از كشت E.coli اصلاح ژنتیكی شده كه ژن های تولید PHA را از باكتری های تولیدكننده این پلیمرها دریافت كرده بود، تولید می كرد.