CÁC YẾU TỐT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC YẾU TỐT ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC 1.Ảnh hưởng cấu trúc của polyme 1.Ảnh hưởng cấu trúc của polyme  Các phân tử polyme gốc tự nhiên như protein, xenlulozơ Các phân tử polyme gốc tự nhiên như protein, xenlulozơ và tinh bột nói chung bị phân hủy trong môi trường sinh và tinh bột nói chung bị phân hủy trong môi trường sinh vật do bị thủy phân và oxy hóa. vật do bị thủy phân và oxy hóa.  Đa phần các polyme tổng hợp phân hủy sinh học chứa Đa phần các polyme tổng hợp phân hủy sinh học chứa các liên kết dễ bị thủy phân, vì dụ như: liên kết các liên kết dễ bị thủy phân, vì dụ như: liên kết amit- amit- enamin enamin , , este, ure và uretan este, ure và uretan dễ bị các vi sinh vật và dễ bị các vi sinh vật và enzym hydrolytic phân hủy. enzym hydrolytic phân hủy.  Do phần lớn các phản ứng xúc tác enzym xảy ra trong Do phần lớn các phản ứng xúc tác enzym xảy ra trong môi trường nước, đặc tính ưa nước và kỵ nước của môi trường nước, đặc tính ưa nước và kỵ nước của polyme tổng hợp ảnh hưởng lớn đến khả năng phân hủy polyme tổng hợp ảnh hưởng lớn đến khả năng phân hủy sinh học của chúng. sinh học của chúng.  Một polyme đồng thời chứa cả hai nhóm ưa nước và kỵ Một polyme đồng thời chứa cả hai nhóm ưa nước và kỵ nước cho thấy khả năng phân hủy sinh học mạnh hơn so nước cho thấy khả năng phân hủy sinh học mạnh hơn so với những polyme chỉ chứa một loại cấu trúc với những polyme chỉ chứa một loại cấu trúc . . 2. Ảnh hưởng của hình thái polyme 2. Ảnh hưởng của hình thái polyme  Một trong những sự khác biệt cơ bản giữa Một trong những sự khác biệt cơ bản giữa protein protein và và polyme tổng hợp polyme tổng hợp là dọc theo các mạch polypeptit, là dọc theo các mạch polypeptit, protein không có các mắc xích lặp lại tương tự. Sự thiếu protein không có các mắc xích lặp lại tương tự. Sự thiếu trật tự này là nguyên nhân làm cho mạch protein kém trật tự này là nguyên nhân làm cho mạch protein kém tạo kết tinh hơn. Rất có thể là tính chất này làm cho tạo kết tinh hơn. Rất có thể là tính chất này làm cho protein dễ bị phân hủy sinh học. protein dễ bị phân hủy sinh học.  Mặt khác, các polyme tổng hợp nói chung, có mắt xích Mặt khác, các polyme tổng hợp nói chung, có mắt xích ngắn và độ trật tự cao đã làm tăng khả năng kết tinh, ngắn và độ trật tự cao đã làm tăng khả năng kết tinh, làm cho các nhóm có khả năng thủy phân khó tiếp cận làm cho các nhóm có khả năng thủy phân khó tiếp cận với enzym. với enzym. 3. Ảnh hưởng của chiếu xạ và xử lý hóa học 3. Ảnh hưởng của chiếu xạ và xử lý hóa học  Quá trình quang phân polyme bằng tia UV và tia Quá trình quang phân polyme bằng tia UV và tia γ γ tạo tạo ra gốc tự do và (hoặc) ion thông thường dẫn đến đứt ra gốc tự do và (hoặc) ion thông thường dẫn đến đứt mạch và liên kết ngang. mạch và liên kết ngang.  Phản ứng oxy hóa cũng xảy ra làm cho tinh thế phức tạp Phản ứng oxy hóa cũng xảy ra làm cho tinh thế phức tạp thêm do bên cạnh ánh sáng luôn luôn có mặt của oxy. thêm do bên cạnh ánh sáng luôn luôn có mặt của oxy. 4. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử polyme 4. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử polyme  Khối lượng phân tử càng lớn, càng khó phân hủy. Khối lượng phân tử càng lớn, càng khó phân hủy. 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 0 15 30 45 60 75 90 105 Thôøi gian (phuùt) pH Dung dòch pH = 3 Dung dòch pH = 3.5 Dung dòch pH = 4 Dung dòch pH = 4.5 Dung dòch pH = 5 KLPT= 4000 KLPT=18000 TÁC NHÂN TÁC NHÂN GÂY PHÂN HỦY SINH HỌC GÂY PHÂN HỦY SINH HỌC  Vi sinh vật Vi sinh vật +Nấm +Nấm +Visinh vật +Visinh vật  Enzim Enzim -Enzym thực chất là xúc tác sinh học có cơ chế hoạt -Enzym thực chất là xúc tác sinh học có cơ chế hoạt động giống như chất xúc tác hóa học. Khí giảm năng động giống như chất xúc tác hóa học. Khí giảm năng lượng hoạt hóa xuống, chúng có thể tăng tốc độ phản lượng hoạt hóa xuống, chúng có thể tăng tốc độ phản ứng. ứng. -Khi có mặt của enzym, tốc độ phản ứng có thể được -Khi có mặt của enzym, tốc độ phản ứng có thể được tăng lên 108-1020 lần. tăng lên 108-1020 lần. -Đa phần enzym là những protein có mạch polypeptit -Đa phần enzym là những protein có mạch polypeptit cấu trúc dạng phức ba chiều. cấu trúc dạng phức ba chiều. -Hoạt động của enzym liên quan mật thiết với cấu trúc, -Hoạt động của enzym liên quan mật thiết với cấu trúc, cấu hình. cấu hình.  Cấu trúc ba chiều của enzym có dạng gấp khúc và dạng Cấu trúc ba chiều của enzym có dạng gấp khúc và dạng túi, tạo ra các vùng trên bề mặt với cấu trúc bậc một đặc túi, tạo ra các vùng trên bề mặt với cấu trúc bậc một đặc trưng (nghĩa là có đuôi aminoaxit đặc trưng) tạo nên bề trưng (nghĩa là có đuôi aminoaxit đặc trưng) tạo nên bề mặt hoạt động. Tại bề mặt hoạt động có sự tương tác mặt hoạt động. Tại bề mặt hoạt động có sự tương tác giữa enzym và hợp chất nền, dẫn tới phản ứng hóa học, giữa enzym và hợp chất nền, dẫn tới phản ứng hóa học, tạo ra các sản phẩm đặc biệt. tạo ra các sản phẩm đặc biệt.  Để có được sự hoạt động tối ưu, một enzym cần phải kết Để có được sự hoạt động tối ưu, một enzym cần phải kết hợp với các yếu tố bổ trợ, ví dụ ion kim loại. hợp với các yếu tố bổ trợ, ví dụ ion kim loại.  Các yếu tố bổ trợ hữu cơ cũng được gọi là coenzym và Các yếu tố bổ trợ hữu cơ cũng được gọi là coenzym và chúng có thể thay đổi về cấu trúc, một số trong chúng chúng có thể thay đổi về cấu trúc, một số trong chúng xuất phát từ các B-vitamin khác nhau (thiamin, xuất phát từ các B-vitamin khác nhau (thiamin, biotin…), một số khác là những hợp chất quan trọng biotin…), một số khác là những hợp chất quan trọng trong chu kỳ trao đổi chất như nicotinamit ademin trong chu kỳ trao đổi chất như nicotinamit ademin dinucleotit (NAD+), nicotinamit ademin dinucleotit phot dinucleotit (NAD+), nicotinamit ademin dinucleotit phot phat (NADP+), Flavin ademin dinucleotit (FAD+), phat (NADP+), Flavin ademin dinucleotit (FAD+), Adenosin triphotphat (ATP)… Adenosin triphotphat (ATP)… PHÂN HỦY SINH HỌC PHÂN HỦY SINH HỌC Phân hủy sinh học: Phân hủy sinh học:  Phân hủy sinh học là phản ứng do hoạt động của vi sinh Phân hủy sinh học là phản ứng do hoạt động của vi sinh vật gây ra, đặc biệt do hoạt động của enzym dẫn đến vật gây ra, đặc biệt do hoạt động của enzym dẫn đến thay đổi lớn về cấu trúc hoá học của vật liệu. Về cơ bản thay đổi lớn về cấu trúc hoá học của vật liệu. Về cơ bản polyme phân hủy sinh học cần phân hủy rõ ràng trong polyme phân hủy sinh học cần phân hủy rõ ràng trong một thời gian ấn định thành những phân tử đơn giản có một thời gian ấn định thành những phân tử đơn giản có trong môi trường như CO2 và nước. trong môi trường như CO2 và nước.  Nhiều loại polyme được thông báo là “Phân hủy sinh Nhiều loại polyme được thông báo là “Phân hủy sinh học” nhưng thực tế là “Bẻ gãy sinh học” hoặc “Thủy học” nhưng thực tế là “Bẻ gãy sinh học” hoặc “Thủy phân sinh học” hoặc “Phân hủy quang – sinh học”. phân sinh học” hoặc “Phân hủy quang – sinh học”.  Những loại polyme khác nhau này được gọi dưới một Những loại polyme khác nhau này được gọi dưới một tên chung là “Polyme phân hủy trong môi trường”. tên chung là “Polyme phân hủy trong môi trường”. Mặc dù có nhiều ý kiến cũng như cách đánh giá khác Mặc dù có nhiều ý kiến cũng như cách đánh giá khác nhau, nhưng khái niệm về phân hủy sinh học, thực nhau, nhưng khái niệm về phân hủy sinh học, thực chất chỉ có một. Khái niệm đó được Hội tiêu chuẩn chất chỉ có một. Khái niệm đó được Hội tiêu chuẩn thử nghiệm và vật liệu Mỹ (ASTM) đưa ra và bổ sung thử nghiệm và vật liệu Mỹ (ASTM) đưa ra và bổ sung năm 1994 (ASTM Standard D-5488-84d) là khả năng năm 1994 (ASTM Standard D-5488-84d) là khả năng xảy ra phân hủy thành CO2, khí metan, nước, các xảy ra phân hủy thành CO2, khí metan, nước, các hợp chất vô cơ hoặc sinh khối, trong đó cơ chế áp đảo hợp chất vô cơ hoặc sinh khối, trong đó cơ chế áp đảo là tác động của enzem của vi sinh vật đo được bằng là tác động của enzem của vi sinh vật đo được bằng các thử nghiệm chuẩn trong một thời gian xác định các thử nghiệm chuẩn trong một thời gian xác định phản ánh điều kiện phân hủy. phản ánh điều kiện phân hủy. [...]... of fragments Đường bên trái là quá trình phân hủy sinh học, đường bên phải là quá trình bẻ gãy cơ học, sau đó mới xẩy ra quá trình phân hủy sinh học Bên trái là phân hủy (degradation), bên phải là phân hủy sinh học (biodegradation)  Tốc độ phân hủy: -Tốc độ phân hủy của polyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó, yếu tố cấu trúc của polyme đóng vai trò quyết định -Các polyme truyền thống (chỉ những... gãy, tạo tiền đề cho phân huỷ sinh học    +Bẻ gãy sinh học: Nhiều loại polyme được thông báo Phân hủy sinh học , nhưng thực chất là bẻ gãy sinh học hoặc phân hủy không có tác động của vi sinh vật, ít nhất ở giai đoạn đầu Người ta cũng nói đây là quá trình gãy vô sinh (lão hoá nhiệt) hoặc bẻ gãy quang (lão hoá bằng UV) Các hiện tượng bẻ gãy này không liên quan đến quá trình sinh học Chẳng hạn, màng... nhựa phân hủy sinh học  ASTM định nghĩa nhựa chôn ủ như sau: “Đó là nhựa có khả năng xảy ra phân hủy sinh học ở môi trường ủ như một phần của chương trình sẵn có, rằng nhựa sau đó không thể phân biệt bằng mắt trần được nữa, phân hủy thành CO2, nước, hợp chất vô cơ và sinh khối với tốc độ phù hợp với vật liệu ủ (ví dụ như xenluloz”    B/ Thủy phân – phân hủy sinh học và quang – phân hủy sinh học: ... H), sau các quá trình phân hủy quang hóa hay bẻ gãy cơ học, tạo thành những phần tử nhỏ Các phần tử này có thể phân hủy hoàn toàn nếy có enzym và visinh vật, tuy nhiên thời gian rất dài, có nghĩa là phân hủy với tốc độ rất chậm -Các polyme phân hủy sinh học, trong cấu trúc có các nhóm khác như O, OH, P, N, S…thường phân hủy nhanh hơn với các cơ chế như đã nói ở trên -Tuy nhiên, để có thể phân hủy nhanh... lại trong đất những mảnh vụn, không có điều kiện cho vi sinh vật phát triển, làm cho đất chóng bạc màu, không tơi xốp    Như vậy, bẻ gãy sinh học thực chất là giai đoạn đầu của quá trình lão hoá tự nhiên Bẻ gãy sinh học không đồng nghĩa với phân huỷ sinh học, vì vậy cần phân biệt hai khái niệm: phân huỷ (degradable) và phân huỷ sinh học (biodegradable) - Polyme phân huỷ sinh học (như định nghĩa... kiện bình thường không phân hủy Như vậy, việc chôn hủy là một dạng phân hủy sinh học, kèm theo những điều kiện nhất định: Nhựa phân hủy sinh học bằng phương pháp chôn ủ sẽ phân hủy sinh học và phân rã trong một hệ chôn ủ (thường 12 tuần) ở nhiệt độ cao hơn 50 oC Phần thu được phải đáp ứng tiêu chuẩn chật lượng về hàm lượng kim loại nặng, độ độc sinh thái và không nhìn thấy rõ mảnh polyme dư Nhựa chôn...Môi trường cho quá trình phân hủy  Quá trình phân hủy xẩy ra trong các môi trường khác nhau: A/Tự phân hủy trong môi trường bình thường: Lọai phân hủy này thường xẩy ra với những vật liệu dùng một lần Các polymer làm nên vật liệu này được khống chế thời gian tồn tại của nó trong vòng vài ngày đến vài tháng Khi hết thời hạn đó, sẽ xuất hiện các vết nứt gãy cấu trúc, đồng thời với quá trình đó là hiện... học: +Polyme thủy phân – phân hủy sinh học là những polyme có khả năng tan trong nước ở giai đoạn đầu, sau đó mới xẩy ra hiện tượng phân huỷ sinh học Những loại polyme này, khi tổng hợp, có những nhóm chức một đầu gắn với mạch, còn một đầu “ái nước” nên dễ bị trương phồng, làm đứt mạch hoặc thay đổi hoá , lý tính, làm cho visinh vật dễ tấn công để phân huỷ + Polyme quang – phân hủy sinh học là loại polyme... Polyme phân huỷ sinh học (như định nghĩa và giới thiệu ở trên) - Polyme bẻ gãy sinh học (tất cả các loại polyme) đều có thể bị bẻ gãy sinh học, nhưng chưa chắc đã phân huỷ sinh học   GS Michel Vert, trường ĐH Monteplie (Pháp) đề xuất các thuật ngữ và định nghĩa liên quan tới sự khác nhau giữa phân hủy và phân hủy sinh học (Proposed terminology to distinguish the different levels of degradation and... nên khô cứng, mờ và đến một giai đoạn nào đó, độ dai của màng giảm, dẫn đến hiện tượng dễ xé rách hoặc tơi ra từng mảnh vụn Sự phân huỷ này là quá trình lão hoá của các mạch Các polyme truyền thống vẫn bị lão hoá đến tan rã, nhưng không hoàn toàn phân huỷ Thời gian lão hoá đến tan rã kéo dài nhiều năm (khoảng vài trăm năm) Đối với nhựa đã tái sinh nhiều lần, khả năng này nhanh hơn Phân huỷ không hoàn . CÁC YẾU TỐT ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÁC YẾU TỐT ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY SINH HỌC 1 .Ảnh hưởng cấu trúc của polyme 1 .Ảnh hưởng cấu trúc của polyme  Các phân tử. xenluloz”.  B/ Thủy phân – phân hủy sinh học và quang – phân B/ Thủy phân – phân hủy sinh học và quang – phân hủy sinh học: hủy sinh học:  + + Polyme thủy phân – phân hủy sinh học Polyme thủy phân – phân. (ATP)… PHÂN HỦY SINH HỌC PHÂN HỦY SINH HỌC Phân hủy sinh học: Phân hủy sinh học:  Phân hủy sinh học là phản ứng do hoạt động của vi sinh Phân hủy sinh học là phản ứng do hoạt động của vi sinh