Biopolimery

Piotr Barcik

• Polimery występujące naturalnie w

organizmach żywych, organizmy produkują je

• Znaczna część związków organicznych

występujących w tych organizmach to właśnie
biopolimery.

Biopolimery

• Wchodzą w skład

komórek, są też budulcem
w obszarach
międzykomórkowych

• Szczególnie ważną rolę

pełnią biopolimery, które
mają wiele grup
funkcyjnych.

• Trzy najważniejsze grupy biopolimerów to:

• polisacharydy - takie jak celuloza, skrobia,

pektyna, chityna, glikogen, inulina i inne.

• polinukleotydy - DNA i RNA

Wyróżniamy

• polipeptydy - czyli białka

(w tym białka
enzymatyczne)

• inne - np. lignina, kauczuk

naturalny, melaniny

• Rośliny

(słoma, drewno, oleje palmowe, drzewo
kauczukowe, bambus, len, kukurydza itd.)

• Bakterie

• Zwierzęta

Pochodzenie

• Włókna naturalne (np. celuloza)

• Pianki i kompozyty biopolimerowe

• Agrotworzywa, żywice otrzymywane z tzw.

„nowego węgla” (zbóż, traw i odpadów
rolniczych) – biomasa i biokompozyty bazujące
na słomie

• Biopaliwa, Biokompozyty polimerowe

(termoutwardzalne, termoplastyczne)

• Bionanokompozyty

• Bioelastomery, Żele

• Białka (przemysł spożywczy, farmaceutyczny,

kosmetyczny)

• Ekopolimery

• Polimery biodegradowalne (polihydroksykwasy –

medycyna)

• Kauczuk naturalny

Forma

• http://www.zielinski.org.pl/welna_celulozowa_charakterystyka.php

Włókno celulozowe

Właściwości

• Porowata budowa i gąbczasta struktura to podstawa

skuteczności tego materiału.

• Dzięki swej budowie ma on zdolność do wiązania wilgoci i

przekazywania jej w miejsca gdzie stężenie jej jest mniejsze.

• Przy zapewnionej wentylacji proces ten trwa bardzo krótko dzięki

olbrzymiej powierzchni parowania.

• W warstwie termoizolacyjnej z celulozy para wodna, podobnie

jak inne gazy, przemieszcza się sprawiając, że mikroklimat
wewnątrz budynku zmienia się powoli w zależności od warunków
zewnętrznych.

• Nie występuje przy tym zjawisko zwane ,,punktem rosy”, a

mieszkańcom nie grozi nadmierna wilgoć w pomieszczeniu, ani
zbytnie wysuszenie powietrza.

• W warstwie izolacyjnej znajduje się 70-80 % zamkniętego

powietrza - znajduje się ono tak wewnątrz włókien jak i w
przestrzeniach międzywłóknowych.

• Mikroklimat pomieszczeń izolowanych ekologiczną wełną

celulozową jest zdecydowanie bardziej sprzyjający niż w
pomieszczeniach izolowanych innymi materiałami otulonymi
folią paroszczelną, gdzie warunki są zbliżone do wnętrza
termosu.

Produkcja

http://www.isocell.at/pl/menu-glowe/produkty/materialy-izolujace/izolacja-celulozowa/co-
to-jest-isocell.html

• Uzyskuje się optymalną metodą

recyclingu z papieru gazetowego

• Dostarczony w formie posortowanej

papier gazetowy drze się na duże
kawałki

• Miesza z solami mineralnymi i mieli w

młynie.

• Tak uzyskane wiórki są ognioodporne.

• Ponadto nie rdzewieją oraz są odporne

na zarażenie robactwem i pleśnią

Produkcja … przez bakterie

http://en.wikipedia.org/wiki/Bacterial_cellulose

• Podczas gdy celuloza jest podstawowym materiałem,

z którego zbudowane są rośliny, może być również
wytwarzana przez bakterie

• Głównie z rodzaju Acetobacter, Sarcina ventriculi i

Agrobacteriuma

• „Bakteryjna” celuloza ma inne właściwości niż

celuloza roślinna

• Charakteryzuje się wysoką czystością,

wytrzymałością, możliwością formowania i
zwiększoną zdolnością utrzymywania wody

• Większość bakterii syntezuje ją jako jeden z

pozakomórkowych polisacharydów, które tworzą
otoczkę ochronną wokół komórek.

• Obecnie bada się wiele metod zwiększenia szybkości

wzrostu i produkcji celulozy z hodowli w laboratoriach

Wilgotna „połać” celulozowa usuwana z hodowli bakterii

Zastosowanie biopolimerów w przemyśle

• Spożywczy

• Farmaceutyczny

• Medyczny

• Kosmetyczny, chemii gospodarczej

• Włókienniczy

• Budowlany i meblarski

• Motoryzacyjny, lotniczy

• Opakowań

• Sportowy

• Artykuły dziecięce (np. zabawki,

wyposażenie placów zabaw, kleje, kredki

• Paliwowo-energetyczny

http://kosmetyczneremedium.blogspot.com/
2013/03/zakupowo-u-agi-swatch-chanel-
perfection.html

Opakowania jadalne w przemyśle
spożywczym

• Opakowania jadalne ze względu na

biodegradowalność są alternatywą dla syntetycznych
opakowań w przemyśle spożywczym

• Produkowane są z wielu substancji, które ze względu

na różnorodną budowę i odmienne właściwości mają
wiele zastosowań

• Opakowania jadalne tworzy się z biodegradowalnych

polimerów naturalnego pochodzenia (np. białek,
polisacharydów, tłuszczy), które tworzą na produkcie
błonę (osłonkę)

• Głównym zadaniem osłonki jest ochrona produktu

przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wilgoć,
nieodpowiednia temperatura przechowywania czy
mikroorganizmy

• Zabezpieczone w ten sposób artykuły spożywcze

mogą być konsumowane razem z osłonką bez szkody
dla organizmu

http://biotechnologia.pl/biotechnologia/artykuly/opakowania-jadalne-w-przemysle-spozywczym-

roznorodnosc-surowcow-do-produkcji-a-ich-zastosowanie,13384

Przykłady biopolimerów jako surowców do produkcji jadalnych opakowań

Kategoria

Grupa

Nazwa substancji

Właściwości/ cechy

Zastosowanie

Biopolimery

otrzymywane

z biomasy

BIAŁKA

Kolagen

- dobra barierowość dla tlenu

(ograniczenie procesów

utleniania)

- niska barierowość dla pary

wodnej (nadmierna

przepuszczalność)

- osłonki mięs

- osłonki separujące

plastry wędlin

Żelatyna

- dobra barierowość dla tlenu

- niska barierowość dla pary

wodnej

- mikrokapsułkowanie

aromatów

- osłonki leków

białka mleka (kazeina,

białka serwatki)

- dobra rozpuszczalność w

wodzie

- dobra barierowość dla tlenu

- elastyczność, wytrzymałość

- brak smaku i zapachu

- folie ochronne dla

produktów mlecznych,

ryb, orzechów

POLISACHARYD

skrobia

- niska barierowość dla pary

wodnej

- wrażliwość na wilgoć

- dobre właściwości

mechaniczne

- osłonki mięs, ryb

chityna, chitozan

- niska barierowość dla pary

wodnej

- dobra barierowość dla O

i CO

- odporne na ogrzewanie

- wrażliwość na wilgoć

- powlekanie owoców

pektyny

- rozpuszczalne w wodzie

- niska barierowość dla wody;

nadmierna przepuszczalność

dla pary wodnej

- powlekanie żywności o

małej zawartości wody

LIPIDY

wosk pszczeli

- dobra barierowość dla pary

wodnej

- stosunkowo mała elastyczność

- powlekanie drażetek

cukierniczych

Polimery wytwarzane z

biopochodnych monomerów

polilaktyd (PLA)

- dobre właściwości

mechaniczne

- dobra bariera dla tlenu i

aromatów

- osłonki leków

Polimery pochodzenia

mikrobiologi-cznego

pullulan

- brak smaku, zapachu

- rozpuszczalny w wodzie

- dobra bariera dla O

i CO

- powlekanie owoców

kurdlan

- odporność termiczna

- kapsułkowanie leków

Pullulan

• Pullulan jest to pozakomórkowy polisacharyd

• Syntetyzowany przez grzyby Aureobasidium

pullulans

• Wykorzystują nadmiar węgla z ograniczeniem

azotu

• Polisacharyd składa się głównie usieciowanej

maltotriozy

• Niewielki odsetek reszt maltotetrazy

• Ze względu na swoją wysoką rozpuszczalność w

wodzie i małą lepkość, pullulan ma wiele
zastosowań komercyjnych

• W tym ich zastosowania jako dodatku do

żywności, flokulant, zmiany w osoczu krwi,
klejem i folią

http://www.hindawi.com/journals/isrn/2012/140951/

Biopolimery otrzymywane
przy udziale drobnoustrojów

• Dekstran

• Pullulan

• Gellan

• Guma ksantanowa

• Celuloza bakteryjna

• Chityna i chitozan

• PHB (polihydroksymaślan)

http://notatek.pl/nowoczesne-metody-ograniczajace-wzrost-drobnoustrojow-w-zywnosci-
wyklad-20

http://www.arkadia-polania.pl/algi-

morskie--krysztaly-japonskie.php

Produkcja PHB

• Polihydroksymaślan (polyhydroxybutyrate)

występuje w formie wewnątrzkomórkowych cząstek
(glubule, granule)

• Jest wytwarzany przez bakterie i działa jako ośrodek

magazynujący energię

• Produkuje się go przez fermentację przy użyciu

Bacillus sphaericus przy początkowym pH 7,5

• Powstaje w odpowiedzi na warunki fizjologicznego

stresu

• Głównie ograniczenia składników odżywczych

• To produkt wchłaniania i przemiany węgla, głównie

ze skrobi bądź glukozy

• W normalnych warunkach składniki mineralne są

używane do syntezy białek niezbędnych do wzrostu
bakterii

http://en.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxybut
yrate

Wyniki badań nad produkcją PHB

Polyhydroxybutyrate production using agro-industrial residue as substrate by Bacillus
sphaericus NCIM 5149
Nisha V. Ramadas; Sudheer Kumar Singh; Carlos Ricardo Soccol; Ashok Pandey