Nghiờn cứu tỏc động của vi sinh vật lờn sự phõn hủy của PLA

Kết quả thớ nghiệm được trỡnh bày trong bảng 3.22. Theo lý thuyết, trong mụi trường chứa nguồn cơ chất hữu cơ, thỡ đường cong sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm 2 pha log. Pha log1, số lượng vi sinh vật tăng tuyến tớnh theo hàm lượng cơ chất dễ phõn giải cú trong mụi trường, sau đú số lượng vi sinh vật dần ổn định. Tiếp đến pha log2, vi sinh vật sinh ra cỏc enzyme cảm ứng để phõn giải loại cỏc loại chất

135

hữu cơ này và tăng trưởng. Phụ thuộc vào hàm lượng và cấu trỳc của cỏc chất hữu cơ, cũng như lượng enzyme được sinh ra mà số lượng vi sinh vật tăng nhiều hay ớt. Chứng tỏ PLA bị phõn hủy dưới tỏc động của vi sinh vật.

Bảng 3.22. Đỏnh giỏ tỏc động của vi sinh vật tới sự phõn huỷ của PLA

Thờ i gia n lên men [giờ ] ĐC PLA Mật độ quang [OD/620nm ] Axi t [g/l ] CFU/m l p H Mật độ quang [OD/620nm ] Axi t [g/l ] CFU/ml p H 0 - 6, 5 - 6, 5 24 0,04 1,75 2,25x10 7 5, 2 0,16 1,96 1,25x107 4, 9 48 0,23 2,11 1,2x106 4, 3 0,36 2,75 1,9x105 3, 6 72 1,00 1,76 2,5x107 5, 1 1,24 2,63 2,8x105 3, 7 96 1,02 1,52 1,3x108 5, 7 1,28 2,1 5,9x106 4, 3 120 1,41 1,4 4,48x10 8 5, 9 1,40 1,95 7,5x106 4, 5 144 1,73 0,7 1,5x109 6, 3 1,45 1,6 3,4x107 5, 5 168 1,69 - 1,3 x109 7, 1 1,53 1,4 2,7 x108 5, 7 192 1,93 - 2,5x109 7, 1,60 1,31 2,4 x109 5,

136 3 9 216 1,50 - 7,0x108 7, 8 1,65 - 1,3x1010 7, 1 240 1,37 - 6,2x108 7, 8 1,80 - 1,9x1010 7, 2 264 1,45 - 3,0x108 7, 9 1,86 - 4,5x1010 7, 2 288 1,30 - 1,95x10 8 7, 9 1,90 - 5,6x1010 7, 3 312 1,10 - 7,55x10 7 8, 4 1,94 - 1,83x101 1 7, 5 336 1,02 - 5,1x107 8, 4 1,90 - 7,4x1010 7, 6 360 0,89 - 1,9x107 8, 5 1,83 - 3,1x1010 7, 8

Chú thích: “ - “ : không xác định axit (vì pH trung tính và chuyển dần sang kiềm)

Kết quả thu được ở bảng 3.22 cho thấy:

- Sau 24 giờ lờn men 3 mẫu thớ nghiệm cú hàm lượng axit trong dịch lờn men cao hơn mẫu đối chứng, do đú mật độ tế bào ở cỏc mẫu thớ nghiệm thấp hơn mẫu đối chứng (CFU/ml đạt từ 1,11,4 x 107) do bị ức chế bởi hàm lượng axit. Đối với mẫu đối chứng mật độ tế bào cao gần gấp đụi (CFU/ml đạt 2,25x107)

- Sau 48 giờ lờn men, cả 2 mẫu đều cú hàm lượng axit tăng mạnh.

- Sau 72 giờ lờn men, mẫu đối chứng cú hàm lượng axit giảm mạnh, nờn sự phỏt triển của vi sinh vật bắt đầu tăng (CFU/ml = 2,5x107). Mẫu PLA, hàm lượng axit vẫn giữ như ở 48 giờ, do vậy sự phỏt triển của vi sinh vật vẫn bị ức chế, mật độ tế bào vẫn thấp (CFU/ml đạt 105)

137

- Sau 96120 giờ lờn men, hàm lượng axit trong mẫu đối chứng vẫn giảm mạnh, mật độ tế bào tăng (CFU/ml đạt 108). Đối với mẫu PLA, hàm lượng axit cũng bắt đầu giảm nhẹ, sự phỏt triển của vi sinh vật bắt đầu tăng (CFU/ml đạt 106).

- Sau 144192 giờ lờn men, hàm lượng axit của mẫu đối chứng giảm và trở về trung tớnh, sự phỏt triển của vi sinh tăng (CFU/ml đạt 109). Đối với mẫu PLA, hàm lượng axit cũng giảm mạnh trong mụi trường lờn men, vi sinh vật phỏt triển tăng dần (CFU/ml tăng từ 107109).

- Sau 216288 giờ lờn men, mẫu đối chứng trong dịch lờn men trở lờn kiềm dần (pH 7,9), sự phỏt triển của vi sinh vật giảm (CFU/ml giảm xuống 108). Mẫu PLA dịch lờn men trở về pH trung tớnh, vi sinh vật phỏt triển mạnh (CFU đạt 1010).

- Sau 312360 giờ lờn men, sự phỏt triển vi sinh vật của mẫu đối chứng tiếp tục giảm (CFU/ml giảm xuống 107). Trong khi mẫu PLA vi sinh vật vẫn phỏt triển mạnh sau 312 giờ lờn men (CFU/ml đạt tới 1,83x1011), sau 360 giờ lờn men, mật độ tế bào bắt đầu giảm (CFU/ml giảm xuống 109).

Qua thớ nghiệm trờn cho thấy, vi sinh vật đất cú khả năng phõn huỷ PLA, ở giai đoạn đầu vi sinh vật lờn men sinh tổng hợp ra một lượng axit hữu cơ nhất định và cựng với quỏ trỡnh phõn huỷ cỏc hợp chất hữu cơ đó tạo ra hàm lượng axit hữu cơ trong dịch lờn men cao hơn, làm ức chế sự phỏt triển của vi sinh vật. Sau đú một số vi sinh vật đó sử dụng nguồn axit hữu cơ này làm mụi trường cho chỳng phỏt triển, do vậy hàm lượng axit tạo ra thỡ được vi sinh vật sử dụng. Cứ như vậy, quỏ trỡnh phõn huỷ tạo ra axit hữu cơ sẽ làm cơ chất cho vi sinh vật phỏt triển. So sỏnh giữa mẫu đối chứng và mẫu PLSA cho thấy: mẫu đối chứng hàm lượng axit tạo ra thấp hơn, và chỉ sau 24 giờ là hàm lượng axit giảm mạnh, mật độ tế bào tăng chỉ đến 109 và sau đú giảm dần vỡ trong mụi trường lờn men chất dinh dưỡng giảm dần, hàm lượng axit hữu cơ khụng được sinh tổng hợp nữa . Cũn đối với mẫu PLA hàm lượng axit tăng cao hơn và sau 72 giờ lờn men thỡ mới bắt đầu giảm, vi sinh vật phỏt triển tốt hơn, mật độ tế bào đạt 1011. Sau 360 giờ lờn men, mật độ tế bào bắt đầu giảm cú thể do hàm lượng polime hữu cơ trong mẫu thớ nghiệm giảm, hàm lượng axit hữu

138

cơ tạo ra do phõn huỷ ngày một giảm, và chất dinh dưỡng trong mụi trường cũng cạn kiệt dần.

Túm lại: Từ những kết quả đó thu được, cú thể kết luận rằng, hệ vi sinh vật đất cú khả năng phõn huỷ PLA

KẾT LUẬN

Luận ỏn này trỡnh bày kết quả nghiờn cứu tổng hợp vật liệu PLA phõn hủy sinh học từ tinh bột sắn. Quỏ trỡnh tổng hợp gồm bốn giai đoạn: Tổng hợp axit lactic bằng phương phỏp lờn men từ tinh bột sắn, rồi từ axit lactic thu được từ quỏ trỡnh lờn men trựng ngưng tạo thành oligome axit lactic, tổng hợp lactit mạch vũng và trựng hợp mở vũng để tổng hợp polylactic axit khối lượng phõn tử cao. Từ cỏc kết quả nghiờn cứu và thực nghiệm luận ỏn rỳt ra một số kết luận sau:

138

1. Đó lựa chọn được chủng Lactobacillus acidophilus để tổng hợp axit lactic bằng phương phỏp lờn men từ tinh bột sắn. Hiệu suất lờn men đạt 82,7%, sản phẩm axit lờn men chủ yếu là L-axit lactic với độ tinh khiết đạt 93,4%.

2. Đó tổng hợp thành cụng PLA khối lượng phõn tử cao với cỏc điều kiện tối ưu:

- Giai đoạn ngưng tụ: nhiệt độ 185 oC, ỏp suất 150 mmHg, thời gian 5 giờ. - Giai đoạn khử trựng hợp: khối lượng phõn tử trung bỡnh của oligome axit lactic 647g/mol, xỳc tỏc Sb2O3 0,15%, nhiệt độ 250oC, ỏp suất 100 mmHg, thời gian 10 giờ.

- Giai đoạn trựng hợp mở vũng lactit: nhiệt độ 165170 oC, thời gian 3 giờ, xỳc tỏc Sn(Oct)2 0,02%, chất điều chỉnh mạch laurylancol 0,01%, chất xỳc tiến triphenylphosphin 0,006%. Hiệu suất 96,2%, Mw từ 2034094000 g/mol.

3. Sản phẩm poly(L,L-lactit) kết tinh một phần trong khi poly(D,L-lactit) hoàn

toàn tồn tại ở dạng vụ định hỡnh. Kết quả cũng chỉ ra rằng cỏc polyme cú KLPT trung bỡnh lớn hơn cú nhiệt độ thủy tinh húa, nhiệt độ chảy mềm, độ tinh thể và tớnh chất cơ lý cao hơn cỏc polyme tương ứng cú cú KLPT trung bỡnh thấp hơn.

4. Đó xỏc định được cỏc điều kiện gia cụng vật liệu PLA: Tỷ lệ PLA/PCL là 80/20, hàm lượng phụ gia PEG 1,52%, nhiệt độ gia cụng 160170 oC, thời gian lưu 47 phỳt, tốc độ vũng quay trục vớt 50 vũng/phỳt. Vật liệu PLA thu được cú độ bền kộo đứt cao 3548 MPa và độ gión dài 140210%

5. Tốc độ và khả năng phõn hủy của PLA phụ thuộc vào mụi trường và KLPT (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

trung bỡnh. Tốc độ phõn hủy của PLA trong mụi trường nước xẩy ra nhanh hơn so với nú trong mụi trường đất. Trong cựng điều kiện PLA cú khối lượng phõn tử trung bỡnh càng lớn thỡ tốc độ phõn hủy càng chậm. Hệ vi sinh vật đất cú khả năng phõn hủy PLA. Sản phẩm phõn hủy thủy phõn của PLA chủ yếu là cỏc phõn tử thấp như axit lactic, 2-hydroxyl valeric, methyl este…

Từ cỏc kết quả nghiờn cứu của luận ỏn cho thấy: vật liệu PLA mở ra triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực y tế như: vật liệu làm chỉ khõu tự tiờu, vật liệu cấy ghộp, hệ giải phúng thuốc vv… cũng như ứng dụng vào cỏc lĩnh vực cụng nghệ khỏc.

DANH MỤC CÁC CễNG TRèNH KHOA HỌC Cể LIấN QUAN ĐÃ CễNG BỐ

1. Mai Văn Tiến; Phạm Thế Trinh (2008), Nghiờn cứu sử dụng SnCl2 làm xỳc tỏc cho phản ứng trựng ngưng tổng hợp polylactic axit. Phần A: Cỏc yếu tố

139

ảnh hưởng tới quỏ trỡnh tổng hợp. Tạp chớ Khoa Học - Khoa học tự nhiờn và

cụng nghệ quốc gia. T 24. Số 3. Tr 253-259.

2. Mai Văn Tiến; Phạm Thế Trinh (2008), Nghiờn cứu tổng hợp 3,6 dimethyl -

1,4 dioxane - 2,5 dion (lactit) làm nguyờn liệu cho quỏ trỡnh tổng hợp polylactic axit (PLA), Hội thảo về vật liệu Polyme và Compozit - Bộ Khoa

học và Cụng Nghệ, Chương trỡnh nghiờn cứu phỏt triển và ứng dụng cụng nghệ vật liệu KC.02. Tr 123-128.

3. Mai Văn Tiến; Phạm Thế Trinh (2008), Nghiờn cứu tổng hợp polylactit bằng

phương phỏp polyme Húa mở vũng. Phần A. Cỏc yếu tố ảnh hưởng tới quỏ trỡnh tổng hợp. Hội thảo về vật liệu Polyme và Compozit - Bộ Khoa học và

Cụng Nghệ, Chương trỡnh nghiờn cứu phỏt triển và ứng dụng cụng nghệ vật liệu KC.02. Tr 128-132.

4. Mai Văn Tiến; Phạm Thế Trinh (2009), Nghiờn cứu sự phõn hủy invitro của

polylactit. Tạp Chớ Húa Học. T47. Số 6. Tr 753-757.

5. Mai Văn Tiến; Phạm Thế Trinh, Ngụ Duy Cường, Nguyễn Hường Hảo,

Nghiờn cứu tổng hợp polylactit (PLA) bằng phương phỏp polyme Húa mở vũng. Phần B. Đặc trưng cấu trỳc và tớnh chất sản phẩm. Tạp Chớ Húa Học

(Đó cú kết quả phản biện ngày 19/08/2009) đang lờn trang chờ đăng trong T48. Số 1 (2010).

6. Phạm Thế Trinh; Mai Văn Tiến; Lờ Thị Thu Hà (2009), Chế phẩm nhựa tự phõn hủy trờn cơ sở polylactit và nhựa hạt được sản xuất từ chế phẩm này.

Đăng ký sỏng chế bằng độc quyền giải phỏp hữu ớch. 2-2009-00081HI, ngày 27.05.2009.

150

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

1 Fritsche.W (1983), Cơ sở hoỏ sinh của vi sinh vật học cụng nghiệp. Kiều Hữu Ảnh, Ngụ Tử Thanh- dịch. Nhà XBKHKT

2 Lờ Văn Lương, Giang Thế Bớnh, Nguyễn Lõn Dũng (1978), Thu nhận và ứng dụng

cỏc chất hoạt động sinh học từ vi sinh vật. Nhà XBKHKT

3 Http://www.vnn.vn/khoa hoc/xuhuong/2003/11/37144

4 Lý Kim Bảng, Lờ Thanh Bỡnh, Tạ Kim Chỉnh (1998), Ứng dụng vi khuẩn lactic

trong việc bảo quản thức ăn ủ xanh cho trõu bũ, Tạp chớ KHKT nụng nghiệp Hà

Nội. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

5 Nguyễn Lõn Dũng, Nguyễn Đỡnh Quyến, Phạm Văn Ty (1999), Vi sinh vật học, Nhà xuất bản Giỏo dục, tỏi bản lần thứ nhất, trang 3-25.

6 Phạm Ngọc Lõn, Nguyễn Thị Chõu Giang, Trần Vĩnh Diệu, Nguyễn Thị Thủy (2007), Thử nghiệm gia tốc khả năng phõn hủy quang của màng polyme trờn cơ sở

blend polyetylen-tinh bột sắn sử dụng benzophenon/antraquinon hoặc hợp chất Fe(II) làm chất nhạy quang, Tạp chớ Húa học, T. 45, số 5A, tr. 155-159.

7 Phạm Ngọc Lõn, Trần Vĩnh Diệu, Phan Thị Loan, Nguyễn Thị Chõu Giang (2007),

Nghiờn cứu quy trỡnh cụng nghệ cho phỏn ứng ghộp dị thể maleic anhydrit lờn polyetylen,

Tạp chớ Húa học, T. 45, số 5A, tr. 149-154.

8 Phạm Thế Trinh và cộng sự. (2004), Bỏo cỏo kết quả nghiờn cứu khoa học “ Nghiờn cứu

chế tạo và ứng dụng polyme phõn hủy sinh học” Đề tài chương trỡnh KC.02.09.

9 Phạm Thế Trinh, Đỗ Trường Thiện (2003), Màng polyme tự phõn huỷ trờn cơ sở

tinh bột với polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) đó ghộp với maleic anhydrit (MA). Phần I: cỏc yếu tố ảnh hưởng, Hoỏ học thế kỷ XXI vỡ sự phỏt triển bền vững, Tuyển

tập cỏc session, Tập II, tr. 129-134.

10 Phạm Thế Trinh; Mai Văn Tiến (2005), Polyme phõn huỷ sinh học trờn cơ sở màng

blend của polyethylen tỷ trọng thấp với tinh bột. Phần A: Cỏc yếu tố ảnh hưởng, Tạp

chớ Hoỏ học, tập 43, số 5A, tr. 176-181.

11 Phạm Thế Trinh; Phựng Hà; Mai Văn Tiến (2003), Polyme phõn hủy sinh học trờn

cơ sở màng tổ hợp polyme-blend của polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) với tinh bột, phần A: Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh chế tạo màng tổ hợp, Hoỏ học thế kỷ

XXI vỡ sự phỏt triển bền vững, Tuyển tập cỏc session, Tập II, tr. 135-140.

12 Phạm Thế Trinh; Phựng Hà; Trần Quang Hõn (2003), Polyme phõn hủy sinh học trờn cơ sở màng tổ hợp polyme-blend của polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) với tinh

151

bột, phần B: Sự phõn hủy của màng tổ hợp trong cỏc mụi trường, Hoỏ học thế kỷ

XXI vỡ sự phỏt triển bền vững, Tuyển tập cỏc session, Tập II, tr 141-144.

13 Phạm Thế Trinh; Phựng Hà; Trần Quang Hõn (2003), Polyme phõn hủy sinh học

trờn cơ sở màng tổ hợp polyme-blend của polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) với tinh bột, phần B: Sự phõn hủy của màng tổ hợp trong cỏc mụi trường, Hoỏ học thế kỷ XXI vỡ sự phỏt triển bền vững, Tuyển tập cỏc session, Tập II, tr 141-144.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH

14 Ajiok. M; Enomoto K; Suzuki.K; Yamaguchi.A; Bull. (1995), Chem. Soc. Jpn, 68,

2125.

15 Ajioka.I; Enomoto.K; Suzuki.K and Yamaguchi.A (1995), The basic properties of

poly lactic acid produced by the direct condensation polymerisation of lactic acid,

Journal of Environmental polymer degradation, Vol. 3, no. 8, p. 225-234.

16 Ajioka.M; Enomoto.K; Suzuki.K; Yamaguchi.A. J(1995), Environm Polymer Degrad, 225. 3, (4). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

17 Albersson.A.C; Palmgren.R (1996), Cationic polymerization of 1,5-dioxepan-2-one with Lewis acids in bulk and solution.J. Macromol.Chem.Pure Appl. Chem, A33(6),

747.

18 Albertson.A.C; Gruvegard. M (1995), Degradable high-molecular weight random copolymers based on -caprolactone and 1,5-dioxepan -2-one, with non - crystallizable unite inserted in the crystalline structure. Polymer , 36, 1009.

18 Albertsson.A.C; Eklund.M. (1995), Influence of molecular structure on the degradation mechanism of degradable polymer: in vivo degradation of poly(trimethylene carbonate), poly(trietylene carbonate-co- caprolactone) and poly(adipic anhydride), J.Appl.Polym.Sci,57,87.

20 Albertsson.A.C; Lundmark.S (1990), Synthesis chracterization and degradation of aliphatlic polyanhydrides, Brit.Polym.J, 23, 205.

21 Alter.P; Hammes.W.P (1992), The genera Lactobacillus and Carnobacterium.

Chapter 70 of The Prokaryote, PP. 1535-1572.

22 Amass.W; Amass.A; and Tighe. B (1998), A review of biodegradable polymers: Uses, current developments in the synthesis and characterization of biodegradable polyesters, blends of biodegradable polymers and recent advances in biodegradation studies, Polym. Int. p.47,89,144.

23 Amgoune.A; Thomas.C.M; Roisnel.T; Carpentier.J-F (2006), Chem. Eur, 12, 169. 24 Ando.Y (1998), "Polymer Degradation and Stability" p.129-137.

152

25 Arvatioyannis.I; Nakayama.A; Kawasaki.N and Yamamoto. N (1995), Synthesis and study of novel biodegradable oligo(ester amide)s based on sebacic acid, octadecanedioic acid, 1,6-hexanediamineand -caprolactone: 2, Polymer, Vol. 36,

pp. 857-866.

26 ASTM D1639-90 (1996), Standard Test Method for Acid Value of Organic Coating

Materials.

27 ASTM D2849-69 (1980), Standard Test Method for Hydroxyl Value.

28 ASTM Standard D6400-99 set a “ Standard Specification for Compostable

Plastics”.

29 Bastioli.C; Belloti.V; Mater-Bi (1993), Properties and biodegradable, Journal of Environment Polymer Degradation, Vol. 1(3), pp.181-191.

30 Benecke; Herman.P; Markle; Richard.A; Sinclair; Richard (1994), Catalyst production of lactide directly from lactic acid. US patent No. 5332839..

31 Bergsma.J.E; Rozema.F.R; Bos.R.R; Boering.G; De Bruijn.W.C; Pennings.A.J (1995), In vivo degradation and biocompatibility study of in vitro pre-degraded as-

polymerized polyactide particles, Biomaterials, Vol. 16, pp. 267–274.

32 Bero.M ; Kasperczyk.J (1996), Coordination polymerization of lactides.5. Influence

of lactide structure on the transesterification processes in the copolymerization with

-caprolactone. Macromol.Chem.Phys, 197, 3251.

33 Bero.M; Czapla.B; Dobrzynski.P; Janeczek.H; Kasperczyk.J (1999),

Copolymerization of glycolide and -caprolactone, 2.Random copolymerization in the presence of tin octoate. Macromol. Chem.Phys, 200, 911.

34 Bezzi et al (1936), "Dehydration Products of Lactic Acid Typifying the Transformation of Cyclic Esters into Linear Polyesters", Meeting of the Italian

Academy of Science, Nov.

35 Bo.L (2008), Synthesis of polylactic acid, J. Clin. Rehabilitative Tissue Eng.Res.,

Vol. 12(23), pp. 4594-4596. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

36 Boswell.A; Scribner.R.M (1973), Poly(1actide)-drug mixtures, US Patent 3773919.

37 Brode.G; Koleske.J.V (1972), Lactone polymerization and polymers properties, J.

Macromol. Sci. A6(6), 1109.

38 Cherdon.H; Ohse. H; Korte.F (1962), Die polymerization von lactonen, Teil 1:

Homopolymerization 4-, 6- und 7-gliedriger lactone mit kationischen inititoren.

Macromol.Chem.56,179.

153

glycolide from lactic acid or glycolide acid oligomer. US patent No 5,374,743.

Dec.20.

40 Chielini.E (2000), Environmentally Degradable Polymers an Plastics (EDPs) - An