Съедобный, биоразгалаемый и антимикробный пластик прочнее традиционного

Утилизация пищевой упаковки является основной причиной загрязнения окружающей среды во всем мире. По оценкам, ежегодно производится более 350 миллионов метрических тонн пластика, и, по оценкам, 85% мусора, сбрасываемого в океаны, составляет пластик. Бразилия является четвертым по величине производителем, на ее долю приходится около 11 миллионов метрических тонн в год. Негативно влияет и то, что, большая часть пластиковой упаковки производится из невозобновляемых ресурсов, таких как нефть.

Учитывая все эти недостатки, сокращение использования ископаемого топлива для производства пластика является целью большого количества исследований по всему миру. Многие ученые работают над созданием биоразлагаемых упаковочных материалов, которые также предотвращают заражение микроорганизмами и продлевают срок годности, чтобы снизить потери.

Важным вкладом в эти усилия стало исследование, проведенное исследовательской группой под названием Composites and Hybrid Nanocomposites Group (GCNH) в Государственном университете Сан-Паулу (UNESP) на острове Илья-Солтейра. Оно был поддержано FAPESP, а статья, в которой сообщается о его выводах, опубликована в журнале Polymers.

Исследователи сделали свой биопластик (или «зеленый пластик», как его еще называют) из бычьего желатина типа B, который легко найти в розничных магазинах в виде бесцветного порошка.

«Желатин был одним из первых материалов, использованных в производстве биополимеров. Он до сих пор широко используется благодаря своему изобилию, низкой стоимости и превосходным пленкообразующим свойствам», — говорит химик и материаловед Марсия Регина де Моура Ауада, профессор Университета Ильи. Solteira School of Engineering (FEIS-UNESP) и последний автор статьи.

«Однако биополимеры для упаковки имеют характеристики, которые необходимо улучшить, чтобы они были конкурентоспособными по сравнению с нефтяными пластиками, особенно в том, что касается механических свойств и паропроницаемости, поэтому мы добавили к желатину наноглину клоизита Na+», — пояснила она.

Добавление наноглины сделало пленку более однородной и увеличило ее прочность на разрыв до 70 мегапаскалей (МПа). Обычная полиэтиленовая упаковка имеет намного меньшую прочность на растяжение (в диапазоне 20-30 МПа).

«Помимо наноглины мы также добавили наноэмульсию из эфирного масла черного перца, чтобы придать упаковке более привлекательный вкус и запах. Смесь также продлевает срок годности пищевых продуктов, упакованных с использованием этого материала, благодаря включению противомикробных и антиоксидантных компонентой в полимерной матрице», — сказала она.

Стоит отметить, что рассматриваемый биопластик изначально был разработан для упаковки говядины в виде гамбургеров, которые уязвимы к микробному загрязнению и имеют сильный запах, но принцип добавления наноглины и наноэмульсии эфирного масла в желатиновую матрицу может и будет распространяться на другие продукты, меняя тип и пропорцию используемого эфирного масла.

«Если этот вид упаковки получит широкое распространение на рынке, это может значительно сократить использование пластика, изготовленного из небиоразлагаемых полимеров, и, следовательно, количество твердых отходов», — добавила Мура Ауада. «Кроме того, биопластик лучше защитит упакованные продукты от заражения патогенами и поможет снизить потери».

Направления исследований, проводимые в GCNH-UNESP, сосредоточены на экономике замкнутого цикла, которая превращает отходы в ресурсы. Лидеры группы, Фаузе Ауада и Марсия Моура Ауада, являются профессорами, входящими в Программу последипломного образования в области материаловедения UNESP (PPGCM).

«Наши предложения согласуются с Целями устойчивого развития [ЦУР], принятыми Организацией Объединенных Наций, чтобы покончить с бедностью, способствовать экономической устойчивости планеты и обеспечить, чтобы все население Земли могло жить в мире и процветании», — сказала Мура Ауада.

Группа также производит перевязочные материалы для ран из бактериальной целлюлозы и съедобную упаковку, содержащую наноструктуры, полученные из пюре из капусты, пюре из какао, пюре из купуассу (Theobroma grandiflorum), экстракта каму-каму (Myrciaria dubia) и наноэмульсий, с потенциальными применениями в пищевой, фармацевтической и косметической отраслях промышленности.