Биодеградация ( биологический распад , биоразложение ) — разрушение сложных веществ , материалов , продуктов в результате деятельности живых организмов; чаще всего при упоминании биодеградации подразумевается действие микроорганизмов , грибов , водорослей . Однако, в строгом смысле, размерами биологических организмов термин не определяется.

Скорость биодеградации определяется видом/видами участвующих организмов, условиями (температурой, влажностью), освещенностью и многими другими факторами.

Роль в биосфере

Биодеградация — один из основных механизмов уничтожения отходов деятельности человека в природе: как отходов, собственно, жизнедеятельности, так и промышленных отходов. В большей или меньшей степени биодеградации подвержены почти все ^{[ источник не указан 4333 дня ]} органические и многие неорганические загрязнители, за исключением разве что радиоактивных веществ . Именно биодеградация является основным механизмом самовосстановления/сопротивления экосистем антропогенным воздействиям .

Использование человеком

Явление может использоваться для практических, не природоохранных целей. Например, биодеградация бытовых (пищевых) отходов применяется для получения биогаза . При этом используется тот факт, что, потребляя отходы различного характера, микроорганизмы выделяют один и тот же продукт — метан .

Биодеградация пластика

Биоразлагаемым называют такие виды пластика , которые сохраняют требуемые свойства и механическую прочность на протяжении периода использования, но разлагаются на составляющие и нетоксические добавки после использования. Такое разложение достигается за счет действия микроорганизмов на материал, обычно представляющий собой нерастворимую в воде пластмассу. Биоразлагаемые пластики получают путем химического синтеза, ферментирования микроорганизмами и из химически измененных естественных материалов (см. Биопластики ).

Скорость биоразложения сильно различается для разных видов пластика. Например, трубы на основе ПВХ используются в системах канализации при сборе сточных вод , так как ПВХ сопротивляется биоразложению. Некоторые упаковочные материалы разработаны таким образом, чтобы быстрее деградировать после контакта с окружающей средой.

Примеры синтетических полимеров с быстрым разложением: поликапролактон , другие полиэфиры и ароматические алифатические эфиры (их сложноэфирные связи чувствительны к воздействию воды). Важными примерами являются , возобновляемый пластик на основе полилактида , синтетический поликапролактон . Также применяются биоразлагаемые пластики на основе целлюлозы: Ацетилцеллюлоза и целлулоид ( нитрат целлюлозы ).

В условиях анаэробного разложения ( при пониженном содержанием кислорода в среде ) пластики разлагаются медленнее. Процесс разрушения может быть ускорен при использовании компостирования (аэробного разложения). Пластмассы на основе крахмала разрушаются в течение двух-четырех месяцев в условиях частного компостирования, тогда как полилактид требует для разложения более высоких температур. Составы на основе поликапролактона и сочетания поликапролактона и крахмала разлагаются медленнее, но наличие крахмала ускоряет разложение, создавая поры и увеличивая площадь поликапролактона. Такие составы разлагаются на протяжении многих месяцев. В 2016 году появились сообщения о бактерии Ideonella sakaiensis , которая разлагает полиэтилентерефталат (ПЭТФ), применяемый в пластиковых бутылках .

В Европейском союзе введены четыре критерия для отнесения материалов к компостируемым (стандарт EN 13432, ГОСТ Р 54530-2011):

1. Химический состав : ограничивается содержание летучих веществ, тяжелых металлов, а также фтора
2. Биоразлагаемость : преобразование микроорганизмами более чем 90 % исходного материала в CO2, воду и минералы в течение не более чем 6 месяцев.
3. Разрушение структуры : не менее 90 % исходной массы должно разложиться на частицы, которые могут пройти через сито с ячейками 2×2 мм.
4. отсутствие токсичных веществ и других веществ, которые препятствуют компостированию.

Отрицательные аспекты

Старение /разрушение материалов, порча продуктов питания.

Методы борьбы

• Охлаждение . Наиболее известный прибор для борьбы с биодеградацией продуктов — бытовой холодильник и морозильник . Охлаждение/замораживание затормаживает или останавливает жизнедеятельность большинства организмов. Это делает возможным длительное хранение не только продуктов питания, но и, например, био-медицинских образцов, медикаментов , химических и биологических веществ ( белков , растворов аминокислот и т. п.). Наиболее часто встречающиеся степени охлаждения: около 5 °C — обычные холодильники; около −15°С — бытовые морозильники; до −80°С и до −135°С — морозильники глубокой заморозки — часто применяются для хранения биологических образцов; −196°С — приборы и устройства, использующие жидкий азот ( криоконсервация ) — обычно применяются для хранения особо чувствительных к биоразложению медицинских образцов.
• Химобработка . Пропитка материалов или обработка их поверхностей веществами, ядовитыми (реже — отпугивающими) для организмов, вызывающих биодеградацию. Примером может служить пропитка древесины, предотвращающая гниение и/или развитие плесени .
• Высушивание часто позволяет существенно снизить скорость биодеградации, так как организмы для жизнедеятельности нуждаются в воде . Например, обычное мясо при 5 °C портится уже через несколько дней, в то время как сушёное хранится годами при комнатной температуре (и низкой влажности). Аминокислота триптофан , растворённая в воде, биоразлагается в течение недель, чаще — дней, в то время как сухое вещество хранится месяцами без существенных изменений.
• Стерилизация :

• Термическая обработка чаще всего применяется к продуктам питания. Нагревание позволяет уничтожить бактерии и, зачастую, их споры, таким образом задерживая процессы биодеградации. Различают разные степени термообработки и разные способы её проведения, например: пастеризацию , кипячение , термическую стерилизацию , автоклавирование .
• Ультрафиолетовая обработка . Обработка ультрафиолетовым светом позволяет уничтожить микроорганизмы в помещении и на открытых поверхностях, таким образом, уменьшить скорость биодеградации. Метод широко примеряется в биохимических и биомедицинских лабораториях. Недостаток метода: ультрафиолетовая обработка деструктивно действует на многие материалы, в особенности на пластмассы.
• Радиационная обработка — уничтожение живых организмов ионизирующим излучением.

См. также

• Биодеградируемые имплантаты
• Экологические факторы
• Переработка отходов
• Фунгициды

Примечания

Ссылки

• И.И. Дедю. Биодеградация // Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии (рус.) . — 1989. . — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И. И. Дедю. 1989.
• (рус.) . ОАО «БИОХИММАШ» Институт прикладной биохимии и машиностроения (2006). Дата обращения: 22 марта 2011. 4 сентября 2009 года.
• (англ.)
• (англ.)