Ενζυμικός πολυμερισμός για την παραγωγή πολυεστέρων από ανανεώσιμες πρώτες ύλες με τη χρήση καινοτόμων ενζύμων

Σπανός, Ιωάννης; Spanos, Ioannis

dc.contributor.author	Σπανός, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Spanos, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2024-09-03T07:42:26Z
dc.date.available	2024-09-03T07:42:26Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60119
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27815
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πολυ(ηλεκτρικός βουτυλεστέρας)	el
dc.subject	Ανανεώσιμες πρώτες ύλες	el
dc.subject	Βιοαποικοδομησιμότητα	el
dc.subject	Ετερόλογη έκφραση πρωτεϊνών	el
dc.subject	Ενζυμικός πολυμερισμός	el
dc.title	Ενζυμικός πολυμερισμός για την παραγωγή πολυεστέρων από ανανεώσιμες πρώτες ύλες με τη χρήση καινοτόμων ενζύμων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική πολυμερών	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-01
heal.abstract	Η υπέρμετρη χρήση των πλαστικών προϊόντων τα τελευταία χρόνια έχει δημιουργήσει αρκετά προβλήματα σχετικά με τη μείωση των πόρων και τη δυσκολία στη διαχείριση των αποβλήτων που προκύπτουν μετά τη χρήση τους, στρέφοντας το ενδιαφέρον της ακαδημαϊκής κοινότητας προς τη μελέτη «πράσινων» πολυμερών όπως είναι ο πολυ(ηλεκτρικός βουτυλεστέρας) (poly(butylene succinate) ή PBS). Ο πολυεστέρας αυτός, ο οποίος παρουσιάζει πολλά κοινά χαρακτηριστικά με τις πολυολεφίνες, μπορεί να προέλθει αλλά και να επιστρέψει στη φύση μετά το τέλος της ζωής του, καθώς πρόκειται για ένα βιοαποικοδομήσιμο υλικό με δυνατότητα προέλευσης από ανανεώσιμες πρώτες ύλες. Μάλιστα, το PBS δύναται να χαρακτηριστεί πραγματικά «πράσινο» καθώς έχει τη δυνατότητα σύνθεσης μέσω πλήρως φιλικών προς το περιβάλλον διαδικασιών, όπως είναι ο ενζυμικός πολυμερισμός αξιοποιώ-ντας ως καταλύτες διάφορες λιπάσες, κατά κύριο λόγο εμπορικά διαθέσιμες. Έτσι, αποφεύγεται η χρήση χημικών καταλυτών και υψηλών θερμοκρασιών (έως και 240°C), συνθήκες που χρησιμοποιούνται κυρίως από τη βιομηχανία κατά τη χημική του σύνθεση. Το μόνο μειονέκτημα του ενζυμικού πολυμερισμού είναι η σύνθεση προϊόντων με χαμηλό μοριακό βάρος με αποτέλεσμα να απαιτείται πολλές φορές ο συνδυασμός με κάποια διεργασία μεταπολυμερισμού. Με δεδομένο ότι οι περισσότερες προσπάθειες στη βιβλιογραφία αναφέρονται σε χρήση της ακινητοποιημένης λιπάσης Β από τον μικροοργανισμό Candida antarctica (CALB – Novozym® 435) για τη σύνθεση του PBS, η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο τη χρήση μη εμπορικά διαθέσιμων ενζύμων σε διεργασίες ενζυμικού προπολυμερισμού για τη σύνθεση του PBS. Τα ένζυμα που επιλέχθηκαν και εξετάστηκαν ήταν η κουτινάση προερχόμενη από τον μικροοργανισμό Humicola insolens ή HiC και η τετραπλή μετάλλαξη ICCG της κουτινάσης προερχόμενη από κομπόστ φύλλων και κλαδιών ή LCCICCG, οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως σε αντιδράσεις αποπολυμερισμού. Χρήση σε διεργασίες ενζυμικού πολυμερισμού συναντώνται στη βιβλιογραφία μόνο για την περίπτωση της HiC, μιας και η LCCICCG δεν έχει χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα για τη σύνθεση πολυμερών. Έτσι, σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η ετερόλογη έκφραση των δύο αυτών κουτινασών, σε στελέχη του βακτηρίου Escherichia coli και ακολούθως η ακινητοποίησή τους πάνω σε φορείς προ-ερχόμενους από γυαλί ελεγχόμενου πορώδους (Controlled porosity glass ή CPG) μέσω συμπλοκοποίησης, επιτυγχάνοντας ποσοστό ακινητοποίησης ίσο με 77% και για τις δύο περιπτώσεις. Στη συνέχεια, οι ακινητοποιημένες αυτές κουτινάσες, χρησιμοποιήθηκαν ως βιοκαταλύτες σε διαδικασίες ενζυμικής σύνθεσης ολιγομερών του PBS, συμμετέχοντας σε «πράσινες» διεργασίες (απουσία διαλυτών) δύο σταδίων (το πρώτο σε ήπιες συνθήκες με σκοπό να ευνοηθεί η ενζυμική σύνθεση ενώ το δεύτερο σε εντονότερες με σκοπό να ευνοηθεί η χημική). Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής, διερευνήθηκε η θερμοκρασία του πρώτου σταδίου (HiC: 40-60°C, LCCICCG: 50-70°C) με την LCCICCG να οδηγεί σε καλύτερα αποτελέσματα καθώς προέκυψε προϊόν με μέσου-αριθμού μοριακό βάρος ίσο με 1400 g/mol, σημείο τήξης 56°C και βαθμό κρυσταλλικότητας 47%. Αντίθετα, στην περίπτωση της HiC, προέκυψαν προϊόντα σε υγρή μορφή με μικρό βαθμό πολυμερισμού. Για αυτόν τον λόγο, η μελέτη εστιάστηκε στο προϊόν της LCCICCG το οποίο υποβλήθηκε ακολούθως σε διεργασίες μεταπολυμερισμού μάζας με σκοπό την αναβάθμιση των χαρακτηριστικών. Ως μέθοδος μεταπολυμερισμού επιλέχθηκε ο χαμηλής θερμοκρασίας μεταπολυμερισμός τήγματος, πραγματοποιώντας διερεύνηση της θερμοκρασίας του (90-130°C). Η βέλτιστη θερμοκρασία οδήγησε στην παραλαβή τελικού προϊόντος με μέσου-αριθμού μοριακό βάρος ίσο με 1700 g/mol, σημείο τήξης 59°C και κρυσταλλικότητα 45%. Έτσι λοιπόν, στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε η ενζυμική σύνθεση ενός πραγματικά «πράσινου» πολυεστέρα χρησιμοποιώντας καινοτόμα ένζυμα, ο οποίος ήταν επιδεκτικός σε μεταπολυμερισμό, χωρίς θερμική αποικοδόμηση και υπολείμματα χημικών καταλυτών.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τσόπελας, Φώτιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	206 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false