7 Minutės
Mokslininkai Australijoje ir Kolumbijoje sukūrė ploną, biologiškai skaidomą plėvelę, pagamintą iš pieno baltymų, modifikuoto krakmolo ir nanobentonito, kuri gali tapti tvaria alternatyva vienkartinei maisto pakuotei. Ankstyvi laboratoriniai bandymai rodo, kad medžiaga dirvoje suyra gana sparčiai, kartu išlaikydama praktišką tvirtumą ir lankstumą. Tai atveria galimybes sumažinti tiek užterštumą, tiek cheminių priedų riziką, susijusią su įprastiniais plastikai.
How the milk-based film is made and tested
Naujoji medžiaga yra gauta maišant kalcio kaseinatą – vieną iš kaseino formų, dominuojančių pieno baltymuose – su modifikuotu krakmolu ir bentonito tipo nanoklei. Formulėje taip pat panaudotas nedidelis kiekis glicerolio ir polivinilalkoholio (PVA), kurie pagerina plėvelės lankstumą ir mechaninius parametrus. Polimerų moksle tokie plastifikatoriai ir sintetiniai ko-polimerai padeda filmams atsispirti įtrūkimams bei palengvina jų apdirbimą gamybos metu. Šiame etape svarbu subalansuoti natūralių biopolimerų savybes su priedų nauda, kad būtų išsaugotas pakankamas patvarumas ir manipuliavimo saugumas.
Laboratoriniai tyrimai, apie kuriuos pranešta žurnale Polymers, stebėjo tiek mechaninį elgesį, tiek biologiškumą. Testuojant plėveles, jas užkasė į įprastą dirvą, kur buvo fiksuojamas nuolatinis degradacijos tempas; vertinimu, esant bandymų sąlygoms, plėvelės visiškai susiskaidė maždaug per 13 savaičių. Be to, atlikti mikrobiniai tyrimai parodė, kad bakterijų kolonijų lygis išliko priimtinas – tai ypač svarbu, nes plėvelė nebuvo sukurta kaip antimikrobinė medžiaga. Tokie rezultatai rodo, kad formulacija neskatina kenksmingo mikroorganizmų gausėjimo dezintegruojantis, kas yra reikšminga tiek saugumo, tiek dirvožemio ekosistemų požiūriu. Bandymuose taip pat analizuoti mechaniniai parametrai, pavyzdžiui, tempimo stipris, plėvelės modulis ir prailgėjimas prieš lūžį, siekiant įvertinti, ar medžiaga atitinka reikalavimus maisto pakuotėms, kur reikia apsaugoti produktą ir išlaikyti formą per laikymo bei transportavimo laiką.
International collaboration and practical choices
Projektą koordinavo Flinders universiteto (Pietų Australija) tyrėjai kartu su cheminės inžinerijos specialistais iš Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano Kolumbijoje. Pasak komandos narių, idėja išsivystė eksperimentuojant su pienu pagrįstomis nanovielomis ir liejiniais, imituojančiais įprastas pakuočių plėveles. Pridedant plačiai prieinamas natūralias sudedamąsias dalis, tokias kaip modifikuotas krakmolas ir bentonitas – sluoksniuota nanoklė, žinoma dėl gebėjimo pagerinti barjerines savybes – mišinys buvo pritaikytas taip, kad būtų tiek nebrangus, tiek biologiškai skaidomas. Tokie praktiniai sprendimai formuluojant medžiagą yra svarbūs, nes jie mažina žaliavų kainą ir palengvina vėlesnį diegimą gamyboje; be to, naudojamos medžiagos yra atsinaujinančios arba plačiai prieinamos žemės ūkio grandinėse.
Nanomedžiagų tyrėjai profesorius Youhong Tang ir Nikolay Estiven Gomez Mesa iš Kolumbijos.
„Pradėjome nuo kaseinatų, nes jie gausūs ir formuoja plėveles“, – sako vienas iš komandos narių, pabrėždamas, kad formulė sąmoningai naudoja pigius ir aplinkai draugiškus komponentus. Toks požiūris siekia ayti balanso tarp našumo – t.y. mechaninio stiprumo, lankstumo ir barjerinės apsaugos nuo drėgmės ar deguonies – ir gebėjimo grįžti į dirvą nesukeliant ilgalaikių mikroplastiko ar toksiškų likučių. Be to, komanda nagrinėjo, kaip nanoklė gali pagerinti drėgmės ir deguonies pralaidumo parametrus, taip sumažinant produkto oksidaciją bei kvapų perdavimą, kas yra esminiai reikalavimai maisto pakuotėms.
Profesorė Alis Yovana Pataquiva-Mateus iš inžinerijos katedros, Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, Kolumbija, eksperimentuoja su naujais polimerais Nanobioengineering tyrimų grupėje.
Why it matters: pollution, health and the circular economy
Įprasti plastikai gali turėti tūkstančius priedų – dažiklių, ugnį slopinančių medžiagų, plastifikatorių – kai kurie iš jų yra toksiški arba įtariami kancerogenais. Ekonominio bendradarbiavimo ir plėtros organizacija (EBPO / OECD) perspėja, kad neveiksmingai reguliuojant, pasaulinė plastiko gamyba gali išaugti maždaug 70 % tarp 2020 ir 2040 metų. Tuo tarpu tyrimai, publikuoti žurnale Nature ir kituose leidiniuose, rodo, kad apie 60 % pagaminto plastiko yra vienkartinis, o perdirbama vos apie 10 %. Tokioje kontekste bio pagrindu pagamintos medžiagos, kurios greitai skaidosi, gali sumažinti nuolatinio atliekų krūvį ir kenksmingų cheminių priedų sklaidą aplinkoje. Pienu pagrįstos bioplėvelės – kaip viena iš bioplastiko rūšių – gali reikšmingai prisidėti prie taršos mažinimo, ypač jei jų gamyba ir atliekų valdymas integruojami į uždarojo ciklo (circular economy) modelius.
Flinders–Bogotá bendradarbiavimas pozicionuoja pienu išvestus biopolimerus ypač kaip galimybę maisto pakuotėms, kurios sudaro didelę dalį vienkartinio plastiko. Jei plėvelės būtų gaminamos pramoniniu mastu, jos galėtų padėti pramonei ir vartotojams pereiti prie uždaros grandinės praktikos: pakuotė, kurią galima kompostuoti arba palikti dirvoje grįžtantiems organiniams komponentams, vietoje kaupimosi sąvartynuose ar gamtoje. Tokios pakeistos grandinės taip pat sumažintų mikroplastiko susidarymą ir cheminių migracijų į maistą bei dirvožemį riziką, jei medžiagos yra suprojektuotos be kenksmingų priedų ir atitinka saugos standartus.
Challenges and next steps
Nors pirminiai rezultatai žada, lieka keletas praktinių iššūkių. Komanda rekomenduoja tolesnius antibakterinius ir saugumo vertinimus, kad būtų užtikrinta vartotojų sveikata ir tinkamas galiojimo laikas. Skalavimas iki pramoninių apimčių reikalaus išsamių kaštų analizės, pilotinių gamybos bėgimų ir regulatorinių bandymų, įvertinančių sąlytis su maistu pagal galiojančius standartus (pvz., maisto kontaktui skirtų medžiagų reikalavimus). Svarbūs techniniai parametrai apima drėgmės ir deguonies barjerinių savybių gerinimą, užtikrinant nuoseklų skilimą skirtingose dirvos sąlygose, bei patvirtinimą, kad medžiagos skaidymosi metu neatsiranda kenksmingų skilimo produktų. Taip pat reikia ištirti plėvelės suderinamumą su esamais pakuočių gamybos įrenginiais: ar medžiaga tinka ruloniniam liejimui, termoformavimui, laminavimui ar kitoms pramoninėms linijoms be didelių investicijų į technologinę bazę.
Be to, reikšmingas klausimas yra tiekimo grandinės patikimumas: ar pieno pramonės šalutiniai produktai, iš kurių gaunami kaseinatai, gali būti tiekiami pastoviai, ir ar jų gamyba nesukels papildomos žemės ūkio apkrovos. Tiek ekologinės sąnaudos, tiek ekonominis modelis turi būti vertinami per visą gyvavimo ciklą (life cycle assessment, LCA), kad būtų pamatytas tikrasis poveikis aplinkai ir anglies pėdsakui, palyginti su įprastiniais plastiko sprendimais. Galiausiai, vartotojų priėmimas ir atitinkama vadyba (žymėjimas apie kompostavimą, atskiras surinkimo sistemos) bus būtini, kad medžiagos tikrai grįžtų į dirvą, o ne patektų į mišrias atliekas ir užgožtų jų pridėtinę vertę.
Expert Insight
„Tokios medžiagos kaip pieno baltymų plėvelės yra patrauklios, nes jos remiasi atsinaujinančiais žaliavų šaltiniais ir jas galima inžinerizuoti tam tikram gyvenimo trukmės tikslui“, – sako doc. dr. Elena Martín, tvarių medžiagų mokslininkė. Ji pažymi, kad svarbiausios kompromisinės vietos bus barjerinės savybės ir pramoninis suderinamumas: gamintojams reikės garantijų, kad pakuotė apsaugos maistą gabenimo ir sandėliavimo metu. Tačiau jeigu šie trūkumai bus pašalinti, greitai dirvoje skaidanti plėvelė gali smarkiai sumažinti vienkartinių maisto pakuočių taršą.
Visapusiškai, pienu pagrįsti bioplastikai nėra vienintelis sprendimas, tačiau jie sudaro reikšmingą kelią tarp daugelio alternatyvų: derinant biologiškai skaidančius polimerus, natūralius užpildus ir nanomedžiagas galima sukurti pakuotes, kurios efektyviai atlieka savo funkciją, bet išmestos – saugiai grįžta į aplinką. Svarbu, kad tolesnis vystymas orientuotųsi į saugumą maisto atžvilgiu, skaidumą tiekimo grandinėje ir įrodytą poveikio mažinimą per gyvenimo ciklo analizę. Tokios naujovės gali tapti dalimi platesnių sprendimų, apimančių perdirbimą, kompostavimą ir sisteminį pakuočių dizainą, kurių galutinis tikslas – sumažinti plastiko taršą ir toksiškų cheminių medžiagų plitimą aplinkoje.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą