پلیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمرها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند. بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شدهاند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شدهاند.
در روند طبیعی، بیوپلیمرها و یا همان ماکرومولکولها، ترکیبات داخل سلولی هستند که قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند.مواد بیوپلیمری در شکل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند. توسعه مواد بیوپلیمری به چنددلیل اهمیت دارد. اول این که این مواد برخلاف پلیمرهای امروزی که از مواد نفتی به دست میآیند، به محیط زیست برگشت پذیر هستند؛ بنابراین مواد آلودهکننده محیط زیست به شمار نمی آیند. در این خصوص مواد بیوپلیمری در ساخت پلاستیکها به دو صورت استفاده قرار می شوند.
اول استفاده از پلاستیکهایی که درآنها یک ماده تخریب پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مانندپلی اتیلن) اضافه می شود، درنتیجه این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک میکند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شدهاند و با آن که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کردهاند، اما به دلیل این که در آنها از همان پلاستیکهای متداول تخریب ناپذیر استفاده می شود و استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی آن را تضعیف میکند، موقعیت چندان محکمی ندارند.
دوم استفاده از پلاستیکهای تخریب پذیر ذاتی است که به دلیل ساختمان شیمیایی خاص به وسیله باکتریها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند و خیلی سریع تر از نوع اول به محیط زیست بر می گردند، دردرجه دوم اهمیت مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیک قرار میگیرند، پس هیچ گاه منابع آن محدود و تمام شدنی نیست، در حالی که مواد پلیمری و پلاستیکی امروزی از سوخت های فسیلی ساخته می شود که منابع آن محدود و تمام شدنی است. هر چند این منابع در حال حاضر و به ویژه در کشور ما به وفور یافت میشوند، ولی روزی تمام خواهند شد. سومین مزیت بیوپلیمر ها، اقتصادی بودن این مواد است، زیرا تولید بیوپلیمر نیاز زیادی به کارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امکانات می توان به تولید آن مبادرت ورزید. همچنین قیمت بالای نفت خام، کشور ها را به سوی استفاده از این مواد سوق داده است.
هر چند امروزه برای کاربردهای بسیار خاص مانند نخ بخیه جراحی(نخ بخیه حل شونده) به کار می روند، ولی دیری نخواهد پایید که به استفاده گسترده از این پلیمرها توجه خواهد شد. سه گروه از موجودات زنده می توانند بیوپلیمرها را تولیدکنند که عبارتند از: گیاهان، جانوران و میکروارگانیسم ها که از این میان گیاهان و میکروارگانیسمها اهمیت بیشتری دارند.
بیشترین تحقیقات بیوپلیمری روی مهندسی ژنتیک گیاهان تولیدکننده فیبر مانند کتان، کنف و … متمرکز شده است. به عبارت دیگر، توسعه واکنشهای مولکولی درون سلولی گیاهان که به تولید مواد بیوپلیمری منجر میشود، مورد توجه مهندسان ژنتیک و بیوتکنولوژی قرار گرفته است. مواد بیوپلیمری که در سلولهای گیاهی ساخته میشود، بیشتر از جنس پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) است. این ماده از نظر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بسیار شبیه پلیپروپیلن حاصل از مواد نفتی است. امروزه با همسانسازی ژن تولید کننده پلیمر پلیهیدروکسی بوتیرات در گیاهان معمولی که قابلیت تولید بیوپلیمر را ندارند، توانستهاند این محصول پلیمری را به طور انبوه تولید کنند. گیاهان، نیشکر، یونجه، درخت خردل و ذرت برای تولید این بیوپلیمر از طریق مهندسی ژنتیک انتخاب شدهاند که ژن تولید کننده این پلیمر به داخل ژنوم این گیاهان وارد میشود و گیاه یادشده را به ساختن بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات قادرمی سازد.
درحدود ۸۰ سال قبل برای نخستین بار بیوپلیمر پلی هیدروکسی بوتیرات از باکتری باسیلوس مگاتریوم جدا سازی شد. ازآن پس دانشمندان بیوپلیمر به دنبال یافتن راه هایی هستند که تولیدات بیوپلیمری باکتریایی را توسعه دهند و به صورت تجاری درآورند.
بیوپلیمرهایی که سلولهای باکتریایی قادر به تولید آن هستند و از آنها جداسازی شدهاند، عبارتند از: پلیهیدروکسی آلکانوات (PHA)، پلیلاکتیک اسید (PLA) و پلیهیدروکسی بوتیرات (PHA). این بیوپلیمرها از نظر خصوصیات فیزیکی به پلیمرهای پلیاستیلن و پلیپروپیلن شبیه هستند. بیوپلیمرهای میکروبی در طبیعت به عنوان ترکیبات داخل سلولی میکروبها یافت میشوند و بیشتر زمانی که باکتریها در شرایط نامساعد محیطی قرار میگیرند، اقدام به تولید این مواد میکنند. این مواد در حالت طبیعی به عنوان یک منبع انرژی راحت و در دسترس عمل میکنند.
همچنین هنگامی که محیط اطراف باکتری غنی از کربن باشد و از نظر دیگر موادغذایی مورد استفاده باکتری دچار کمبود باشد، باکتری اقدام به ساخت بیوپلیمرهای یادشده میکند. باکتری ها برای ساختن بیوپلیمرهای PHA و PHB از واکنشهای تخمیری استفاده میکنند که در این واکنشها نیز ازمواد خام گوناگونی استفاده میشود. PHB به وسیله یک باکتری به نام استافیلوکوکوس اپیدرمیس ساخته میشود که روی تفالههای حاصل از واکنشهای روغنگیری دانههای کنجد رشد میکند و این بیوپلیمر را می سازد.
PHB در درون سیتوپلاسم باکتری به صورت دانههای ذخیرهای (اینکلوژن بادی) ذخیره میشود که این مواد را به وسیله سانتریفیوژ و واکنشهای شست وشوی چند مرحلهای می توان استخراج و خالصسازی و ازآن استفاده کرد. در یک نتیجه گیری کلی در مورد استفاده از بیوپلیمر ها به جای پلاستیکها و پلیمرهای نفتی میتوان گفت که با توجه به ماهیت و خصوصیات بیوپلیمرها که مواد تجدید شونده و قابل برگشت به محیط زیست و یا به عبارتی دوست محیطزیست هستند، استفاده از آنها کاری معقول و اقتصادی خواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به قیمت بالای نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن برای تولید مواد پلاستیکی که هم آلودهکننده محیط زیست است و هم در جامعه ما ارزش چندانی ندارد، کاری غیر اقتصادی است. پس امید می رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمینه مواد بیوپلیمری در بیشتر کشورها، درکشور ما نیز به این مقوله توجه بیشتری شود و با جانشین کردن مواد بیوپلیمری با پلیمرهای نفتی، طلای سیاه را برای آیندگان به میراث بگذاریم.