ШТАММ Trichoderma harzianum Rifai-БИОДЕСТРУКТОР ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ПОЛИУРЕТАНА, ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА, ЛАТЕКСА НА ОСНОВЕ АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ, СЕВИЛЕНА Российский патент 2011 года по МПК C12N1/00 

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к средствам борьбы с загрязнением окружающей среды, и касается использования штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992, в качестве биодеструктора термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, латексов на основе акриловой кислоты, севиленов. Изобретение может быть использовано при утилизации отходов полимерных материалов на основе термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, латексов на основе акриловой кислоты, севиленов.

Большой объем мирового производства полимеров и связанное с этим широкое использование полимерных пленок в качестве упаковочных материалов привели к появлению важнейшей проблемы, вызванной необходимостью утилизации синтетических полимерных отходов.

По своему химическому составу синтетические полимеры труднодоступны действию биотических факторов. Однако многие микроскопические грибы способны обрастать, повреждать и даже разрушать полимеры различного химического строения [Биоповреждения. Под ред. Ильичева. М.: Высшая школа, 1987, 352 с.]. Повреждения синтетических полимеров происходят с неодинаковой интенсивностью, которая зависит как от состава материала, так и от активности микроорганизмов, способных функционировать в определенных условиях внешней среды.

В настоящее время в каталоге микромицетов - биодеструкторов полимерных материалов [Лугаускас А.Ю., Микульскене А.И., Шляужене Д.Ю. Каталог микромицетов - биодеструкторов полимерных материалов, М.: Наука, 1987] приведены данные о микромицетах, встречаемых на полимерных материалах различного практического назначения в районах России и Прибалтики. Описано 360 видов микромицетов, дана краткая характеристика их морфологических особенностей. В качестве биодеструкторов полимерных материалов отмечены Trichoderma hamatum, Thrichoderma koningii, Trhichoderma viride, встречаемые на полимерных материалах.

В качестве ближайшего аналога к заявленному изобретению принят микроорганизм Trichoderma hamatum (Лугаускас А.Ю., Микульскене А.И., Шляужене Д.Ю. Каталог микромицетов - биодеструкторов полимерных материалов, М.: Наука, 1987) - биодеструктор полимерных материалов. Однако при отнесении данного микроорганизма к биодеструкторам полимерных материалов использовался метод обрастания полимерного материала, что является недостаточным и, как показали исследования, недостоверным и не был указан механизм биодеструкции под действием этих грибов: разрушают ли они основную цепь или биодеструкция идет за счет биоповреждения составных частей, неизбежно входящих в состав синтетического полимера.

Целью изобретения является выявление нового штамма, характеризующегося высоким уровнем биодеструкции синтетических полимерных материалов вместе с изучением изменения поверхности образцов после иммобилизации ее исследуемым микромицетом и установлением механизма биодеструкции под действием данного штамма.

Для получения поставленной цели предложен штамм Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992.

Технический результат заключается в эффективной деструкции штаммом Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 синтетических полимерных материалов со снижением массы полимеров под действием данного штамма в среднем на 0,12-0,45% за 21 день.

Особенностью данного штамма является то, что продуктами, продуцируемыми штаммом на термопластичном полиуретане, являются 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ол, на поливиниловом спирте не идентифицированы органические вещества, хотя биоповреждения поверхности наблюдались, на поверхности латексов - 1,2-диметилгидразин, уксусная кислота, триэтиламин, на поверхности севиленов - 4-изопропил-1,3-циклогександион.

Установлен механизм биодеструкции синтетических полимерных материалов под действием ферментов штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992, а именно:

- механизм биодеструкции термопластичного полиуретана состоит в разрыве основной цепи полиуретановой цепи, молекулярный вес уменьшился в среднем на 0,3% за 21 день,

- механизм биодеструкции поливинилового спирта состоит в разрыве основной цепи и биодеструкции составных частей полимера. Молекулярная масса уменьшилась на 0,03% за 21 день.

- (биоповреждение латексов на основе акриловой кислоты происходит за счет деструкции боковой цепи акрилового фрагмента, что не приводит к изменению молекулярной массы полимера и биокоррозии, происходящей за счет метаболизма составных веществ полимера (пластификаторов, смазок, других модификаторов микромицетами),

- (механизм биодеструкции севиленов заключается в биокоррозии, происходящей за счет метаболизма составных веществ полимера (стабилизаторов) микромицетами).

Штамм Trichoderma harzianum Rifai 2B выделен в естественных условиях в ходе лабораторного эксперимента методом приманки с поверхности образцов полимерных материалов: термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, акриловых дисперсий, севилена, помещенных в образец почвы: Московская область, Люберецкий район, плодовый питомник «Сады Подмосковья», почва агрогенно измененная дерново-подзолистая тяжелосуглинистая. И депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) под номером F-992.

Данный штамм характеризуется следующими признаками:

- Культурально-морфологические признаки: рост на диагностической среде (среда Чапека при 25°C) очень быстрый, край колонии неровный, мицелий паутинистый, размер колонии 70-90 мм на 7-10 сутки; воздушный мицелий скудный, паутинистый до 2 мм в высоту, рыхлый, белого цвета на 7-10 сутки культивирования. Спороношение обильное зеленое, часто формируется концентрическими зонами, на воздушном мицелии и в плотных подушечках. Цвет субстратного мицелия - белый. Цвет обратной стороны колонии - бесцветный. Пигмент и экссудат отсутствуют. По мере старения гриб зарастает всю поверхность чашки и обильно спороносит. На сусло - агаре и картофельно-декстрозном агаре (PDA) колонии немного медленнее растут, но образуют обильный густой воздушный мицелий и обильно спороносят. На синтетическом бедном питательными веществами агаре (SNA) колония растет быстрее (90 мм за 7 дней), воздушный мицелий практически отсутствует, спороношение формируется в неправильных подушечках.

- Микроскопия: мицелий септированный, тонкий, неокрашенный, спороношение - конидиеносцы древовидно разветвленные, формируются в плотных группах и на воздушном мицелии. Фиалиды собраны в группы по 2-5, с расширенной базальной частью и короткой узкой шейкой 5-7×3-5 мкм, терминальные фиалиды более вытянутые до 12 мкм в длину. Споры - конидии формируются в слизистых головках, почти шаровидные, яйцевидные 2,5-3,5×2,5-3,0 мкм, гладкие, зеленые. Хламидоспоры не наблюдались.

Пример 1

Мониторинг механизма биодеструкции термопластичного полиуретана включает. Культивирование штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 на поверхности термопластичного полиуретана (ПУ, ТУ 5141-003-17823007-99) на основании ГОСТ 9.048-89, ГОСТ 9.040-91. Исследование поверхности полимера при помощи растровой электронной микроскопии (сканирующий микроскоп фирмы JOEL -JSM-5300LV, Япония). Выявление продуцируемых веществ при помощи хроматомасс-спектрометрии (хроматограф марки Hewlett Packard модель HP - 6890 (США) с масс-селективным детектором и капиллярной колонкой 30 м, d_вн 0.25 мм HP - 5 MS в режиме программирования температуры 40÷260°C, 15°/мин), определение изменения веса образцов полимеров.

На фиг.1 представлена электронно-микроскопическая фотография поверхности термопластичного полиуретана после ее иммобилизации Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 (увеличение ×5000). При исследовании поверхности образцов иммобилизованного термопластичного полиуретана идентифицирован 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ол. Характер поражения точечный с потерей веса от 0,24 до 0,36% за 21 день.

Пример 2

Мониторинг механизма биодеструкции поливинилового спирта включает. Культивирование штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 поливиниловом спирте (ПВС, производство Chang Chun Petrochemical Co., Ltd; марки BF24, BF 08) на основании ГОСТ 9.048-89, ГОСТ 9.040-91. Исследование поверхности полимера при помощи растровой электронной микроскопии (сканирующий микроскоп фирмы JOEL -JSM-5300LV, Япония). Выявление продуцируемых веществ при помощи хроматомасс-спектрометрии (хроматограф марки Hewlett Packard модель HP - 6890 (США) с масс-селективным детектором и капиллярной колонкой 30 м, d_вн 0.25 мм HP - 5 MS в режиме программирования температуры 40÷260°C, 15°/мин). Определение изменения веса образцов полимеров.

На фиг.2 представлена электронно-микроскопическая фотография поверхности поливинилового спирта после ее иммобилизации Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 (увеличение×1000).

Исследования показали следующее. На поверхности иммобилизованного поливинилового спирта не идентифицированы вещества. Характер поражения точечный с потерей веса от 0,29 до 0,45% за 21 день.

Пример 3

Мониторинг механизма биодеструкции латексов на основе акриловой кислоты включает. Культивирование штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 на акриловой дисперсии фирмы «Forcit» Финляндия (марки - лентекс, А2001, А30) на основании ГОСТ 9.048-89, ГОСТ 9.040-91. Исследование поверхности полимера при помощи растровой электронной микроскопии (сканирующий микроскоп фирмы JOEL -JSM-5300LV, Япония). Выявление продуцируемых веществ при помощи хроматомасс-спектрометрии (хроматограф марки Hewlett Packard модель HP - 6890 (США) с масс-селективным детектором и капиллярной колонкой 30 м, d_вн 0.25 мм HP - 5 MS в режиме программирования температуры 40÷260°C, 15°/мин). Определение изменения веса образцов полимеров.

На фиг.3 представлена электронно-микроскопическая фотография поверхности латексов на основе акриловой кислоты после иммобилизации штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 (увеличение ×2000).

Идентифицированы 1,2-диметилгидразин, уксусная кислота, триэтиламин на поверхности иммобилизованных латексов на основе акриловой кислоты. Характер поражения точечный с потерей веса от 0,12 до 0,18% за 21 день.

Пример 4. Мониторинг механизма биодеструкции севиленов включает. Культивирование штамма Trichoderma harzianum Rifai ВКПМ F-992 на севилене, марки 11306-070, 11506-070 на основании ГОСТ 9.048-89, ГОСТ 9.040-91. Исследование поверхности полимера при помощи растровой электронной микроскопии (сканирующий микроскоп фирмы JOEL -JSM-5300LV, Япония). Выявление продуцируемых веществ при помощи хроматомасс-спектрометрии (хроматограф марки Hewlett Packard модель HP - 6890 (США) с масс-селективным детектором и капиллярной колонкой 30 м, d_вн 0.25 мм HP - 5 MS в режиме программирования температуры 40÷260°C, 15°/мин). Определение изменения веса образцов полимеров.

На фиг.4 представлена электронно-микроскопическая фотография поверхности севиленов после иммобилизации штаммом Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 (увеличение×2000).

Идентифицирован 4-изопропил-1,3-циклогександион на поверхности иммобилизованных севиленов. Характер поражения точечный с потерей веса от 0,14 до 0,22% за 21 день.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что с помощью штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992 может быть достигнута интенсивная деструкция термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, латексов на основе акриловой кислоты, севиленов, и он может быть использован при утилизации отходов полимерных материалов.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к средствам борьбы с загрязнением окружающей среды, и касается использования штамма Trichoderma harzianum Rifai, ВКПМ F-992, в качестве биодеструктора термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, латексов на основе акриловой кислоты, севиленов. Данный штамм Trichoderma harzianum Rifai 2В выделен в естественных условиях в ходе лабораторного эксперимента методом приманки с поверхности образцов полимерных материалов: термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, акриловых дисперсий, севилена, помещенных в образец почвы: Московская область, Люберецкий район, плодовый питомник «Сады Подмосковья», почва агрогенно измененная дерново-подзолистая тяжелосуглинистая. Депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) под номером F-992. Использование изобретения позволяет осуществить эффективную деструкцию синтетических полимеров, а именно масса полимеров под действием данного штамма уменьшается в среднем на 0,12-0,45% за 21 день. 4 ил.

Штамм Trichoderma harzianum Rifai ВКПМ F-992 - биодеструктор термопластичного полиуретана, поливинилового спирта, латекса на основе акриловой кислоты, севилена.