Ученые превращают виноградный мусор в упаковку, которая исчезает всего за 17 дней
Отходы виноградников могут стать ключом к замене пластиковой упаковки.
Спрос на биоразлагаемую упаковку достиг критической точки.
Сегодня большая часть упаковки предназначена для одноразового использования и изготавливается из пластика, полученного из невозобновляемых ресурсов, таких как нефть. Эти материалы могут разлагаться в окружающей среде сотни лет. Несмотря на широкомасштабные усилия по переработке, фактически перерабатывается только около 9% пластика. В результате в океане образовались огромные скопления пластиковых отходов, в том числе в районе, известном как «Большое тихоокеанское мусорное пятно».
Еще более тревожным является распространение микропластика и нанопластика в окружающей среде. Исследования показали, что пластик постепенно распадается на микроскопические частицы, которые могут быть вдыханы или проглочены как животными, так и людьми. Эти частицы были обнаружены почти везде, где ученые проводили исследования, в том числе внутри человеческого тела — согласно последним исследованиям. Дополнительную обеспокоенность вызывает тот факт, что исследователи до сих пор очень мало знают о долгосрочных последствиях воздействия микропластика на здоровье.
Исследователь, занимающийся сокращением пластиковых отходов
Сринивас Джанасвами — доцент кафедры молочных и пищевых наук Университета штата Южная Дакота. Его работа сосредоточена на создании более ценных продуктов из биоотходов и сельскохозяйственных отходов. Основная цель его исследований — поиск практических решений растущей проблемы пластиковых отходов.
Пластиковые пакеты, особенно используемые в розничных магазинах, являются одними из крупнейших источников пластикового загрязнения в Соединенных Штатах. Хотя некоторые пакеты перерабатываются, многие используются только один раз и часто оказываются в качестве мусора в окружающей среде.
Чтобы помочь решить эту проблему, Джанасвами работает над созданием пластикоподобного пакета, который может безопасно разлагаться после утилизации.
«Это моя мечта», — сказал Джанасвами.
Целлюлоза: самый распространенный строительный блок природы
В основе подхода Джанасвами лежит целлюлоза. Этот природный биополимер является самым распространенным органическим соединением на планете и содержится в основном в клеточных стенках растений. Структура целлюлозы, построенная из длинных цепочек молекул глюкозы, связанных прочными водородными связями, обеспечивает растениям прочность и жесткость. Другие биополимеры, включая маннан, ксилозу, гемицеллюлозу и лигнин, также вносят вклад в структуру растений.
Целлюлоза используется человеком на протяжении веков. Хлопок, из которого состоит большая часть одежды в мире, в значительной степени состоит из целлюлозы. Древесина является еще одним важным источником этого материала.
В более ранних исследованиях Джанасвами успешно извлек целлюлозу из широкого спектра сельскохозяйственных материалов, включая кожуру авокадо, соевую шелуху, люцерну, просо, отработанную кофейную гущу, кукурузные початки и банановую кожуру. Полученная целлюлоза затем использовалась для создания тонких пленок, которые по внешнему виду и текстуре напоминают обычную полиэтиленовую пленку.
«Извлечение целлюлозы из сельскохозяйственной продукции позволяет создавать продукты с добавленной стоимостью», — сказал Джанасвами.
Каждый тип пленки, полученной из этих источников, демонстрировал разные свойства. Некоторые были более прозрачными, другие — более прочными. Однако новое сотрудничество открыло двери для, возможно, самого многообещающего материала Джанасвами на сегодняшний день.
Виноградные побеги открывают новые возможности
Недавно Джанасвами представил доклад «Агробиомасса — Святой Грааль для решения проблемы пластикового загрязнения» на торжественном мероприятии SDSU, посвященном выдающимся достижениям преподавателей, когда к нему подошла Энн Феннелл, заслуженный профессор кафедры агрономии, садоводства и растениеводства и коллега из Колледжа сельского хозяйства, продовольствия и наук об окружающей среде.
Феннелл, эксперт в области исследований виноградной лозы, увидела новые возможности после выступления Джанасвами. Она знала, что виноградные побеги — древесные стебли, поддерживающие рост винограда, — содержат большое количество целлюлозы. Она также знала, что эти побеги образуются в больших количествах и имеют ограниченное применение после сбора винограда.
«Каждый год мы обрезаем большую часть годовой биомассы с виноградной лозы», — сказала Феннелл. «Обрезанные побеги либо скашивают, компостируют и вносят в почву, либо сжигают в некоторых местах. Исследования в Австралии показали, что обрезанные побеги можно удалять с поля через год, не влияя на здоровье почвы. Я подумала, почему бы не использовать это для производства пленок с добавленной стоимостью. Некоторые из материалов, которые Джанасвами использовал ранее, имели высокое содержание воды, в отличие от них, зимняя обрезка дает плотный целлюлозный материал с низким содержанием воды, что делает его обильным и идеальным материалом для работы».
Ее предложение привело к сотрудничеству, и Джанасвами вскоре начал извлекать целлюлозу, которая визуально напоминает хлопок, из виноградных побегов. Пленки, произведенные из этого материала, превзошли ожидания.
Прочные, прозрачные пленки, быстро разлагающиеся
Недавнее исследование, опубликованное в научном журнале Sustainable Food Technology, показало, что пленки, изготовленные из виноградных лоз, одновременно прозрачны и механически прочны. При помещении в почву они полностью разлагаются в течение 17 дней, не оставляя вредных остатков.
«Высокая прозрачность упаковочных пленок повышает видимость продукта, делая его более привлекательным для потребителей и облегчая контроль качества без необходимости вскрытия упаковки», — сказал Джанасвами. «Эти пленки демонстрируют выдающийся потенциал для применения в пищевой упаковке».
Виноградные лозы, использованные в исследовании, были собраны на исследовательском винограднике SDSU. В исследовательскую группу вошли аспиранты Сандип Паудел и Суми Регми, а также Саджал Бхаттарай, выпускница SDSU и аспирантка Университета Пердью. Команда следовала установленному процессу, который включал сушку и измельчение лоз, извлечение целлюлозы, растворение остатка и нанесение его на стеклянные пластины для образования пленок.
Испытания показали, что пленки на основе виноградной лозы оказались прочнее традиционных пластиковых пакетов по прочности на разрыв.
«Использование малоиспользуемых обрезков виноградной лозы в качестве источника целлюлозы для упаковочных пленок улучшает управление отходами в этой области и решает глобальную проблему загрязнения пластиком», — сказал Джанасвами. «Разработка экологически чистых пленок из виноградной целлюлозы представляет собой практический подход к устойчивому развитию, помогающий сохранить окружающую среду и ее ресурсы и вносящий вклад в циклическую биоэкономику».
Это исследование приближает Джанасвами к его долгосрочной цели — созданию пластикоподобного пакета, который может быстро и безопасно разлагаться после попадания в окружающую среду.
