Các loại phân hủy polyme

Các loại phân hủy polyme
Các nhân
tố

Phân hủy quang

Phân hủy
nhiệt-oxi hóa

Phân hủy sinh
học

Tác nhân
hoạt tính

Tia UV hoặc các tia bức xạ năng
lượng cao

Nhiệt độ và ôxi

Tác nhân sinh
học (vi trùng,
vi khuẩn)

Yêu cầu về
nhiệt

Khơng u cầu

Nhiệt độ cao

Khơng u cầu

Nhanh

Ơn hịa, vừa
phải

Tốc độ phân Giai đoạn khởi đầu thì chậm, giai
hủy
đoạn phát triển thì nhanh
Những khía
cạnh khác

Thân thiện mơi trường (nếu
khơng sử dụng bức xạ năng
lượng cao)

Không thân
thiện môi
trường

Thân thiện môi
trường

Tổng thể

Chấp nhận được nhưng chi phí
cao

Khơng chấp

nhận được

Giá thành thấp,
hồn tồn chấp
nhận được
1


Năng lượng giảm dần

Tia gama
(< 10-12m)

Tia X
Tia UV
(0,01-10nm) (100-400nm)

Ảnh hưởng trực tiếp

Ánh sáng
nhìn thấy
(400-760nm)

Bức xạ hồng ngoại
(760-2500nm)

Tăng tốc phân
hủy quang

Tăng tốc ơxy

hóa nhiệt

Tia UVB
Tia UVA
Tia UVC
(100-295nm) (295- 315nm) (315-400nm)

2


Biodergradable
- Một sản phẩm chỉ cần nó bị phá hủy hồn tồn và trở về
đúng bản chất của nó trong một khoảng thời gian ngắn
vừa phải
- Hoặc một sản phẩm sẽ tiếp tục phân hủy thành các mẫu
nhỏ hơn cho đến khi VSV tiêu thụ nó.

Compostable
- Một sản phẩm phải phá hủy hồn tồn và
trở thành một phần hữu ích của compost
Biodegradable

compostable

- Phân hủy hoặc biến mất hoàn toàn nên - Phá hủy hoàn toàn thành mùn cung cấp
chỉ trở về trạng thái nguyên thủy của nó
chất dinh dưỡng cho đất
- Thường diễn ra trong khoảng thời gian - Thường diễn ra trong khoảng thời gian
ngắn nào đó: tuần, tháng, năm
nhất định (thời gian ủ thường từ 1 tới 4

- Có thể giải phóng ra kim loại trong suốt
tháng)
- Khơng giải phóng ra kim loại hoặc chất
q trình trở về trang thái ban đầu
độc hại trong compost

3


Chất dẻo compostable là một loại chất dẻo biodegradable mà
PHSH dưới điều kiện compost trong một chu kì thời gian ngắn
nhất định

Compostable ln ln là biodegradable
Biodegradable thì khơng nhất thiết là compostable
4


Chất dẻo biodegradable được sản xuất từ đâu?
Chất dẻo
biodegradable

Nguồn tái tạo

Nguồn không tái tạo

5


PLM

Đề polyme
hóa

mnm,
dime,
oligome

Sinh khối,
CO2, H2O

Hiếu khí

Kị khí

Sinh khối
CH4/H2S, CO2,
H2O

6


PLM PHSH
PLM TỰ NHIÊN PHSH

PLM được chiết tách
trực tiếp từ sinh khối

Polysacarit
Tinh bột, tinh
bột nhiệt dẻo

Xenlulozo và
dẫn xuất

PLM TỔNG HỢP PHSH

PLM được sản xuất
trực tiếp bởi các VSV

Polypeptit
(protein)
Corn Zein
Wheat Gluten

Lipit

Microbial
Polyeste

PLM tổng hợp từ
MNM có nguồn
gốc sinh học

Bacterial
xenlulozo

Polyhydroxylalkanoat
Poly-3hydroxylbytyrat

Soy Protein
Sợi

(lignocellulo
in complex)
Chitin,
chitosan
Chất gơm
(gum)

Colagel,
gelatin
Cazein, muối
cazein
Whey protein

Poly(hydroxylbutyrathydroxylalerat)

Polyeste
Aliphatic

Polylactic
axit
Polyglycolic
axit

Poly(vinyl alcol),
poly (vinyl axetat)
Polyglycolic axit,
polylactic axit,
copolyme

Polycaprolacton

Polybutylen
sucsinat
Polybutylen
sucsinat adipat

Poly-ε-caprolacton

7


POLYSACCARIT

- Glycan
- Cx (H2O)y (x=200-2500)
- (C6H10O5)n (n=40-3000)

Đa dạng
monosacarit

+

Đa dạng liên kết
O-glucozit

- Tính đồng nhất của các đvị monosaccarit
- Chiều dài chuỗi
- Loại liên kết O-glucozit: 1-2, 1-4, 1-6
- Mức độ nhánh

polysacarit

Thủy phân
hoàn toàn
Đa dạng cấu trúc và cấu tạo
polysacarit

monosacarit
8


POLYSACCARIT

1. Loại VSV: chitin, chitosan, dextran, pollulan, xanthan, curdlan
2. Loại thực vật: xenlulo, hemixenlulo, pectin, tinh bột, xylan
3. Loại tảo, tảo biển: agarozo, alginat
4. Loại động vật: glycogel, axit hyaluronic

9


POLYSACCARIT - PHSH
Enzym
Hydrolaza

Thủy phân liên kết este, ete, amit

Proteaza (proteolytic)

Thủy phân protein

Glycosidaza

Thủy phân polysacarit (O-glycosyl, N-glycosyl, S-glycosyl)

Amylaza

- α amylaza nội bào: thủy phân liên kết (1-4), tấn công
ngẫu nhiên
- β amylaza ngoại bào: thủy phân liên kết (1-4), tấn công
vào điểm cuối không khử

Phosphorylaza

Xúc tác lân quang phân hủy α-D-glucozo-l-photphat từ
cuối mạch không khử

Xenluloza

xelulaza nội bào
xelulaza ngoại bào

Enzym lytic

tấn công các thành tế bào mà ở đó có chứa chủ yếu là
peptitglycan.

10

TINH BỘT
- (C6H10O5)n,
amylum, là một cacbonhydrat bao gồm số
lượng rất lớn các đơn vị α-D- glucozo liên kết với nhau bằng
liên kết glucozit
- Là chất bột màu trắng, không mùi, khơng vị, khơng tan trong
nước lạnh
- Là những hạt có cấu trúc bán tinh thể: hàm lượng tinh thể,
kích thước hạt tùy thuộc vào từng loại tinh bột

11


12


TINH BỘT
Amylozo
20 – 25 %
Este phospho
2%

Amylopectin
75-80 %

Số lượng ptử amylozo = 150 × số lượng ptử amylopectin

phân tử amylopectin
lớn hơn rất nhiều
so với phân tử amylozo

13


AMYLOZO
• Là PLM mạch thẳng được tạo thành từ
các đvị α-D-glucozo.
• Trong KG nó cuộn lại thành hình xoắn
ốc và được giữ bền vững bằng lkết
hydro
• Liên kết α(1→4) những vẫn có α(1 →6)
• Tan trong nước sơi nên bị thủy phân
châm
- Mw = 105- 106
- Tỉ số nhánh: 0,3-1
- Độ đa phân tán: 1,3-2,1
- Mức độ polyme hóa DP: 300-1000
- 300-3000 đơn vị glucozo hoặc lớn
hơn nhiều
14


AMYLOZO

Vơ định hình

Dạng vịng xoắn kép quay trái

Lộn xộn, khơng
trật tự

được giữ bền vững bằng liên kết
hydro

Nó cuộn với các
phân tử khách khác
thành dạng V

Tự nó cuộn lại
thành dạng
xoắn đơi

Phân tử khách: iôt, axit béo, hợp chất
thơm, amylopectin
V 6 - V7 - V 8
15


AMYLOPECTIN
 Là polysaccarit với:
- Mạch thẳng được tạo thành từ các đvị α-D-glucozo
được lkết với nhau bằng lkết α(1→4) (chiếm 95%)
- Mạch nhánh:
• là các đoạn mạch thẳng chứa 24 - 79 đvị α-Dglucozo liên kết với nhau bằng lkết α(1→4)
• tại điểm tạo nhánh là liên kết glucozit α(1→6)
(chiếm 5%)
 Tan trong nước lạnh, khơng tan trong nước nóng nên bị
phân hủy nhanh hơn do có nhiều điểm cuối cho enzym
tấn công vào.
16

AMYLOPECTIN

- Mw = 7.107- 10.107
- Tỉ số nhánh: 1,5-4,3
- Độ đa phân tán: 1,1-1,2
- Mức độ polyme hóa DP: 15-20
- 2000 - 200.000 đơn vị gluco

17


TINH BỘT
• Là PLM nhưng có độ bền khơng lớn
• T > 150oC liên kết glucozit bắt đầu bị đứt
• T > 250oC tinh bột bị phân hủy
• Ở nhiệt độ thấp: hiện tượng thoái biến;
T < 10oC: hiện tượng kết tủa → màng tinh bột giịn
• Có 2 nhóm chức quan trọng:
- Nhóm ete -C-O-C- dễ bị bẻ gãy
- Nhóm –OH ái nhân (nucleophin) dễ tham gia phản ứng thế
→ biến tính tinh bột

18


TINH BỘT-PHSH

19

TINH BỘT-PHSH
+ α-amylazaamylaza: enzym nội bào, thủy phân liên kết (1-amylaza4) trong chuỗi
amylozo và amylopectin tại các điểm ngẫu nhiên, sản phẩm cuối
cùng là α-amylazamaltozo và D-amylazaglucozo.
+ β-amylaza amylaza: enzym ngoại bào, cũng thủy phân liên kết (1-amylaza4)
nhưng tấn công chính xác chỉ vào điểm cuối khơng khử của
chuỗi amylozo và amylopectin và có khả năng cắt mạch tinh bột
thành các đơn vị maltozo.
+ Enzym limit dextrinaza còn được gọi là enzym dextrin 6-amylaza α-amylaza
glucanohydrolaza xúc tác cho phản ứng thủy phân liên kết α(1-amylaza
6)-amylazaD-amylazaglucozit trong amylopectin.
20