Polyhydroxyalkanoates: biosynthesis optimization and design of antimicrobial composites

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorKoretska, N. I.
dc.contributor.authorSemeniuk, I. V.
dc.contributor.authorPokynbroda, T. Ya.
dc.contributor.authorShcheglova, N. S.
dc.contributor.authorKarpenko, O. V.
dc.contributor.authorKytsya, A. R.
dc.contributor.authorLubenets, V. I.
dc.contributor.authorPolish, N. V.
dc.date.accessioned2023-11-14T08:14:38Z
dc.date.available2023-11-14T08:14:38Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractBackground. The accumulation of plastic waste negatively affects the environment and human health. Currently, one of the strategies to address this global ecological problem involves the utilization of biodegradable plastics instead in place of synthetic ones. Among them, polyhydroxyalkanoates (PHA) – microbial intracellular polymers – hold a significant position. Their advantages are biodegradability, biocompatibility, and favorable thermomechanical properties. Given these attributes, PHA has significant prospects for use in medicine, agriculture, and the food industry, in particular for packaging food products. Objective. Enchance the efficiency of bacterial synthesis of polyhydroxyalkanoates through nutrient media modification, obtain antimicrobial composites based on PHA, and determine their antimicrobial properties. Methods. The optimization of PHA biosynthesis involved selecting appropriate cultivation conditions, including carbon and nitrogen sources, cultivation time, and working volume. The isolation of PHA from bacterial biomass was achieved through chloroform extraction (mixing for 10 h at 35 C, with a biomass-tochloroform ratio of 1:50); followed by precipitation with double the volume of isopropanol. The resulting polymer was then dried to a constant weight at 60 C. The hydrophobicity of the biopolymer was assessed using the water contact angle measurement. Composites of biopolymers with antimicrobials in the form of films were obtained using two methods: 1) solution casting method; and 2) layering the biocides onto the polymer film. The antimicrobial activity of the resulting composites was determined using the agar diffusion method. Results. Through the optimization of the mineral media and the change of cultivation conditions, it was possible to obtain 0.26–1.45 g/l of polyhydroxyalkanoates (5.1–34.0% PHA from biomass). The R. ruber UCM Ac-288 strain synthesized the maximum amount of biopolymer (34.0% PHA). This study established the ability of Gordonia bacteria to synthesize PHA for the first time. PHA compositions of optimal content were obtained, with hydrophobicity comparable to that of polyethylene packaging films. Antimicrobial properties of biopolymers composites with biocides have been substantiated. Conclusions. The bacterial synthesis of PHA was increased by modifying nutrient media. Composites based on PHA with biocides were developed. It was determined that these composites exhibit antimicrobial properties and high hydrophobicity. Consequently, they hold promise for use as biofilms for packaging and preserving food products.uk
dc.description.abstractotherПроблематика. Накопичення пластикових відходів негативно впливає на довкілля та здоров’я людини. Натепер одним зі шляхів вирішення цієї глобальної екологічної проблеми є використання біодеградабельних пластиків на заміну синтетичних. Серед них важливе місце посідають полігідроксиалканоати (ПГА) – мікробні внутрішньоклітинні полімери. Їх перевагами є здатність до біорозкладання, біосумісність, а також добрі термомеханічні властивості. Завдяки таким властивостям ПГА мають значні перспективи застосування в медицині, у сільському господарстві, харчовій промисловості, зокрема для пакування харчових продуктів. Мета. Підвищити ефективність бактеріального синтезу ПГА шляхом модифікації живильних середовищ; отримати антимікробні композити на основі ПГА, визначити їхні антимікробні властивості. Методика реалізації. Біосинтез ПГА оптимізували шляхом вибору умов культивування: джерел вуглецю та азоту, тривалості культивування та робочого об’єму. Виділення ПГА з бактеріальної біомаси здійснювали екстракцією хлороформом (перемішування 10 год, 35 °С, співвідношення біомаси та хлороформу 1:50); далі осаджували подвійним об’ємом ізопропанолу. Отриманий полімер сушили до постійної маси (60 °C). Гідрофобність біополімеру оцінювали за кутом змочування. Композити біополімерів з антимікробними речовинами у формі плівок отримували двома способами: 1) методом лиття з розчину; 2) нанесенням біоциду на полімерну плівку. Антимікробну активність отриманих композитів визначали за зонами затримки росту тестових мікроорганізмів. Результати. Розроблено умови синтезу біополімерів і отримано 0,26–1,45 г/л ПГА (5,1–34,0 % ПГА з біомаси). Штам R. ruber UCM Aс-288 синтезував максимальну кількість біополімеру (34,0 % ПГА). Вперше встановлено здатність бактерій Gordonia синтезувати ПГА. Отримано композиції ПГА оптимального вмісту, гідрофобність яких порівнянна з гідрофобністю поліетиленових пакувальних плівок. Доведено антимікробні властивості біополімерних композитів з біоцидами. Висновки. Підвищено ефективність бактеріального синтезу ПГА модифікацією живильних середовищ. Визначено, що отримані композити на основі ПГА з біоцидами є гідрофобними та мають антимікробні властивості, отже, мають перспективи використання як біоплівки для пакування та зберігання харчових продуктів.uk
dc.format.pagerangePp. 32-41uk
dc.identifier.citationPolyhydroxyalkanoates: biosynthesis optimization and design of antimicrobial composites / N. I. Koretska, I. V. Semeniuk, T. Ya. Pokynbroda, N. S. Shcheglova, O. V. Karpenko, A. R. Kytsya, V. I. Lubenets, N. V. Polish // Innovative Biosystems and Bioengineering : international scientific journal. – 2023. – Vol. 7, No. 2. – P. 32-41. – Bibliogr.: 33 ref.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/ibb.2023.7.2.280017
dc.identifier.orcid0000-0002-8481-4807uk
dc.identifier.orcid0000-0002-7555-2884uk
dc.identifier.orcid0000-0002-1943-8673uk
dc.identifier.orcid0000-0002-7846-7183uk
dc.identifier.orcid0000-0001-6189-0084uk
dc.identifier.orcid0000-0002-1676-1053uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/62162
dc.language.isoenuk
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Instituteuk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectpolyhydroxyalkanoatesuk
dc.subjectRhodococcusuk
dc.subjectAzotobacteruk
dc.subjectGordoniauk
dc.subjectantimicrobial compositesuk
dc.subjectpackaging biofilmsuk
dc.subjectполігідроксиалканоатиuk
dc.subjectантимікробні композитиuk
dc.subjectпакувальні біоплівкиuk
dc.titlePolyhydroxyalkanoates: biosynthesis optimization and design of antimicrobial compositesuk
dc.title.alternativeПолігідроксиалканоати: оптимізація біосинтезу і створення антимікробних композитівuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
280017-662045-1-10-20230903.pdf
Розмір:
763.17 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Innovative Biosystems and Bioengineering: international scientific e-journal, Vol. 7, No. 2