Учени работят върху ядливи опаковки от бактериална целулоза
Светът е голям и пластмаса дебне отвсякъде. Горе-долу така може да бъде перифразирано заглавието на Илия Троянов, когато става дума за пластмаса. От опаковки за еднократна употреба до предмети за бита – пластмасовият бич на човечеството взема невиждани размери. Затова учени от цял свят работят усилено да намерят подходящи алтернативи. Особено, когато става дума за опаковане на храни.
Да се заменят опаковките с нещо екофрендли, не е нова идея. Не е съвсем нова идея да се създадат и ядливи опаковки. Проблемът е, че всички досегашни идеи ползват ресурси, които са крайни и също са ценни. Примерно целулоза, която се добива от дървета.
Една от последните идеи идва от Китайския университет Хонг Конг (CUHK). Според изследване, публикувано в Journal of the Science of Food and Agriculture, така наречената бактериална целулоза, може да бъде добра алтернатива на пластмасата. И не само – тя може да замени дървесната целулоза и да предотврати изсичането на милиони дървета.
Идеята на учените е, че бактериалната целулоза
може да се синтезира чрез микробна ферментация
и че това е по-устойчива алтернатива на растителната целулоза. Според проф. То Нгай - един от водещите автори на изследването, органичното съединение, получено от бактерии, има по-добър капацитет за задържане на вода и по-висока якост в сравнение с растителната целулоза. Друга добавена стойност е високото съдържание на фибри и подчертано меката текстура, която може да се окаже решаваща за създаването на гъвкави опаковки.
Това не е първото подобно проучване за потенциала на бактериалната целулоза. Преди време учени от Медицинския университет Carol Davila в Букурещ изследваха възможността тя да стане съставна част на опаковки, покрития и различни материали. Широкото приложение обаче бе ограничено от чувствителността ѝ към влагата във въздуха, което нарушаваше физическите ѝ свойства.
Сега проф. Нгай и неговият екип откриват иновативен начин за преодоляване на това ограничение. Те въвеждат специфични соеви протеини и нанасят защитно покритие, което има изключителна маслоустойчивост. Така успяват да създадат издръжлива, прозрачна и годна за консумация композитна материя, в която бактериалната целулоза е основен материал.
“Не се изискват специфични сложни химични реакции, а съвсем прости и практични неща като смесване и покритие. Този подход предлага обещаващо решение за разработване на устойчиви и екологични опаковъчни материали, които могат да заменят пластмасите за еднократна употреба в голям мащаб”, смята проф. Нгай.
Според екипа алтернативните опаковки, базирани на бактериална целулоза, могат
да се разградят напълно за 1-2 месеца
За това дори не са нужни промишлени депа за компостиране, каквито трябват за други пластмаси с биологичен произход. Още един плюс е, че подобна опаковка би била напълно годна за консумация, което ще я направи безопасна за организмите, които обитават моретата и океаните. Дори да попадне там и да бъде изядена от някой морски обитател, опаковката няма да го погуби, нито ще създаде риск от токсичност.
Сега изследователите търсят как да разширят потенциалните приложения на бактералната целулоза, като увеличат нейната гъвкавост. Едно от нещата, които пробват, е термореактивно лепило, способно да свърже влакната на иновативния продукт. Това ще улесни създаването на различни форми за опаковане.
Проф. Нгай се надява, че проучването има потенциал да допринесе за справяне с поголовното нашествие на пластмаси за еднократна употреба, чието разграждане често е невъзможно. “Нашето изследване е напомняне, че естествените суровини може да притежават необходимите характеристики, за да поемат допълнителни функции”, каза ученият.
През 2018 г. и изследователи от Технологичния институт на Джорджия съобщиха в сп. Sustainable Chemistry and Engineering за екологична алтернатива, която може да замени традиционните найлонови опаковки. Новият възобновяем и биоразградим материал, който измислиха, е направен от слоеве
хитин от черупки на раци и целулоза от дървета,
които са най-разпространените естествени биополимери на планетата.
Наличието на материал, който може безопасно да съхранява храна, без да натоварва прекалено околната среда, е добре дошло, като се има предвид, че повечето прозрачни пластмасови опаковки сега са направени от PET или полиетилен терефталат. Хитинът и целулозата са сравнително евтини и естествено достъпни материали. Единственото нещо, което пречи новият материал да стане масово достъпен, е намирането на рентабилен производствен процес.
Освен учените и няколко стартъп компании обявиха, че работят по правенето на опаковки, които могат да се ядат.
От индонезийската компания Evoware например съобщиха, че изследват потенциала на морски водорасли за създаване на опаковка, която може да се консумира безопасно. Американската Loliware, базирана в Сан Хосе, Калифорния, обяви, че е направила годни за консумация чаши от водорасли и сега работи по създаването на сламки. Британската Skipping Rocks Lab обяви, че работи за замяна на пластмасовите бутилки за вода с алтернатива, изградена от водорасли.
Усилията на учени и предприемачи идват точно навреме. Производството на пластмаса почти се е удвоило от 2000 г. насам, казват от Международната енергийна агенция (IEA). По-лошото е, че около
80% от новопроизведената пластмаса не се рециклира,
а завършва на сметищата или попада в околната среда, което я превръща в огромен екологичен проблем, изчисляват експерти от Risk & Policy Analysts – Europe.
Това напълно обяснява защо през 2019 г. Европейската комисия наложи забрани, свързани с пластмасовите прибори и кутии за еднократна употреба. Освен тези забрани решението изисква до 2029 г. да бъдат рециклирани 90% от пластмасовите бутилки на континента, а до 2030 г. – в производството им да се влага най-малко 30% рециклиран материал.
Търсенето на алтернативи, каквито са ядливите опаковски, се оказва удар в десетката.
Още една надежда: гъбички “смилат” найлона в океана?
Бактериите могат не само да генерират алтернатива на пластмасата, но и да я “смилат”! Това съобщиха независимо един от друг научни екипи в сп. Frontiers in Microbiology и Marine Pollution Bulletin. Разликата между двете бактерии е, че едните могат да “работят” и при по-ниски температури.
Ако това се окаже вярно, човечеството може да получи допълнителен шанс да се справи с колосалното количество пластмасови отпадъци, които завладяват световните морета и океани.
Мааике Гудриан и колегите му от Кралския институт за проучване на морето в Нидерландия (NIOZ) провели лабораторен експеримент с бактерията Rhodococcus ruber и полиетилен, третиран с UV светлина. Те били поставени в бутилка, в която симулирали морска вода. В края на експеримента учените успели да идентифицират молекули на въглероден двуокис. Това според тях е първото проучване, което показва, че бактерии могат да усвояват пластмаса и да я превръщат във въглероден двуокис. Според изчисленията, които направили, бактерията може да преобразува не по-малко от 1,2% от пластмасата в световния океан годишно.
Макар и развълнувани от откритието си, изследователите предупреждават, че микробното “смилане” не е решение на големия проблем с пластмасата в океаните, затова проучват дали бактериите в дивата природа също могат да “ядат” пластмаса. За целта те решили да използват истинска морска вода и седименти от дъното на Ваденско море. “Първите резултати от тези експерименти показват, че пластмасата се разгражда дори в природата, но трябват още проучвания”, откровен е Гудриан.
Недостатъкът на тази бактерия обаче е, че тя може да работи само при високи температури – около 30 градуса.
Затова друго ново откритие се посреща с още по-голяма надежда. Учени от швейцарския федерален институт WSL съобщиха в сп. Frontiers in Microbiology, че са попаднали на микроби в Гренландия, Свалбард и Швейцария, които могат да разграждат пластмасата при температури от 15 градуса. “Тези организми могат да помогнат за намаляване на разходите и последиците от тежестта върху околната среда при ензимен процес на рециклиране на пластмаса”, казва по този повод водещият изследовател Джоел Рути от WSL.
За своето изследване учените взели проби от 19 щама бактерии и 15 вида гъбички, растящи върху свободно изхвърлени или нарочно заровени за целта на проучването пластмасови отпадъци в Гренландия, Свалбард и Швейцария за повече от 1 г. Бактериалните щамове принадлежали към видовете Actinobacteria и Proteobacteria, а гъбичките - към видовете Ascomycota и Mucoromycotina. После оставили изолираните микроби на тъмно при температура 15 °C в лаборатория и след това ги приложили към различни видове пластмаси, включително полиетилен, полиестер-полиуретан, полибутилен адипат терефталат и полимлечна киселина.
Тестовете показали, че нито един от щамовете не може да усвои полиетилена дори след 126 дни инкубация. Затова пък над 50% - 11 вида гъбички и 8 вида бактерии, погълнали полиестера, а 14 от гъбичките и 3 от бактериите успели да смелят полибутилена и киселината. Така учените стигат до извода, че много щамове могат да разграждат поне един вид пластмаса.
Най-всеядни се оказали 2 вида гъби от родовете Neodevriesia и Lachnellula. Те успели да погълнат всички видове пластмаси с изключение на полиетилена.
Все пак учените уточняват, че способността на гъбичките и бактериите да усвояват пластмаса зависи много от средата, в която се намират. Всеки щам реагирал различно, когато по време на експеримента бил поставен в 4 различни среди.
На какво се дължат чудните свойства на бактериите? Доказано е, че микробите произвеждат разнообразни ензими, които могат да разграждат полимери. Такива например са растително-патогенните гъбички, които биоразграждат полиестери поради способността им да произвеждат кутинази - насочени към пластмасата полимери, които се дължат на приликата им с растителния полимер кутин.
Засега тестовете са направени само при 15°C, затова учените не знаят коя е най-добрата температура, при която работят ензимите на успешните щамове. Те обаче са оптимисти, че това може да се случи при много по-ниски температури, тъй като и самите щамове могат да растат при температури над 4°C.
Тези нови открития също могат да подпомогнат глобалната битка срещу пластмасата.
Вече има пластмасови скали
Пластмасата така ни е нападнала, че вече има пластмасови скали в океана. Затова съобщават изследователи от Федералния университет на Парана в Marine Pollution Bulletin.
Учените открили групата “скали” от пластмаса на остров Триндаде – на около 1000 км източно от бреговете на Бразилия. Островът е едно от най-важните места за опазване на застрашената зелена костенурка (Chelonia mydas). Единствените обитатели освен костенурките са членове на бразилския флот.
Пластмасовите камъни са намерени покрай плажа. Те се образуват, когато пластмасовите отпадъци, изхвърлени на брега, се смесват с вулканичните скали на острова. Част от пластмасовите парчета идват и от рибарски мрежи.
Замърсяването и пластмасата, изхвърлена неправилно в океаните, се превръщат в геоложки материал, запазен в геоложките записи на земята, казва един от членовете на екипа - Фернанда Авелар Сантос, пред Ройтерс.
На този етап учените все още не знаят точната вреда, която пластмасовите камъни могат да окажат на околната среда. Според предишни проучвания обаче изгорената пластмаса може да има висока концентрация на потенциално токсични елементи като олово, получено от пигментите, използвани за боядисване на пластмасата. Това може да се окаже лоша, ако не фатална, новина за зелените костенурки.
За подобна находка от пластмасови скали бе съобщено и през 2014 г. Тогава учени откриха разтопена пластмаса, преплетена с камъни край Хавай и я нарекоха пластигломерат.
Около 8 млн. тона пластмаса навлизат в моретата и океаните всяка година, изчисляват експерти, цитирани от “Вашингтон пост”. След това океанските течения я разпространяват по целия свят. Това предполага, че пластмасови камъни могат да бъдат намерени и на други места.
Според някои проучвания пластмасата е убила около 700 животински вида досега. Много от смъртните случаи са причинени от заплитане. Тюлени, костенурки и други животни се удушават от риболовните мрежи или пластмасовите отпадъци. В повече от 100 вида морски обитатели пък е открита микропластмаса, която хората изяждат, без дори да подозират.
