Ферменти прискорили розкладання поліестерів на глибині до 5503 метрів

Поліестери з вбудованими ферментами значно швидше розкладалися в морській воді та на морському дні на глибині до 5503 метрів. Це показало дослідження, про яке повідомляє Nature. Автори випробували плівки й мікрогранули з компостованих поліестерів PBS, PBSA, PCL і PBAT, до яких термічно додали ліпазу B Candida antarctica або кутиназу Humicola insolens.

Зразки розміщували в прибережній морській воді на глибині 2–6 метрів і на дні моря в районах завглибшки від 757 до 5503 метрів. Для глибоководних випробувань матеріали занурювали за допомогою пілотованого апарата Shinkai 6500. Зразки без ферментів за 18 місяців на глибоководних ділянках майже не втрачали маси: показник становив від 0,4% до 12,9% залежно від поліестеру та місця випробування.

Результати на морському дні

На ділянці біля порту Місакі, на глибині 757 метрів, плівки PBSA та PCL із 3% ліпази B Candida antarctica втратили відповідно 57,3% і 99% маси після 18 місяців. На абісальній ділянці Kuroshio Extension Observatory завглибшки 5503 метри ці ж матеріали втратили 30,5% та 7,7% маси. Для порівняння, плівки PBSA і PCL без ферментів на цій глибині втратили 1,6% та 3,4% маси відповідно.

Лабораторні досліди за тиску до 25 МПа також підтвердили, що ліпаза може гідролізувати PBSA і PCL за високого тиску. Водночас зі збільшенням глибини швидкість розкладання загалом знижувалася. Автори пов’язують це, зокрема, зі зменшенням рухливості полімерних ланцюгів і змінами активності ферменту під дією тиску.

Порівняння двох ферментів

На глибині 855 метрів плівки PBS, PBSA та PCL із 3% кутинази Humicola insolens за сім місяців втрачали істотно більше маси, ніж аналогічні зразки з ліпазою B Candida antarctica та матеріали без ферментів. Для PBAT із кутиназою зафіксували втрату 9,8% маси. Подібну тенденцію дослідники побачили і після місяця перебування зразків у прибережній воді.

Ферменти вводили в полімери методом екструзії за температури 90–130 °C тривалістю менш ніж п’ять хвилин. У роботі зазначено, що використання невеликих кількостей ферментів дало змогу прискорити морське розкладання матеріалів і водночас зберегти їхні початкові механічні властивості, близькі до властивостей полімерів без ферментів.