9 دقیقه
پژوهشگران استرالیایی و کلمبیایی فیلم نازک زیستتخریبپذیری تهیه کردهاند که از پروتئینهای شیر، نشاسته اصلاحشده و نانوکِلی تشکیل شده و بهعنوان جایگزینی پایدار برای بستهبندیهای یکبارمصرف مواد غذایی نویدبخش است. نتایج آزمایشگاهی اولیه نشان میدهد که این ماده در خاک بهسرعت تجزیه میشود در حالیکه خواص مکانیکی کافی مانند مقاومت و انعطافپذیری کاربردی را حفظ میکند؛ این موضوع میتواند راهکاری برای کاهش آلودگی و خطرات شیمیایی مرتبط با پلاستیکهای متداول فراهم کند.
چگونه این فیلم مبتنی بر شیر تولید و آزمون شده است
ماده جدید، کلسیم کیسئات — شکلی از کیسئین، پروتئین اصلی شیر — را با نشاسته اصلاحشده و نانوکِلی بنتونیت ترکیب میکند. مقادیر اندکی گلیسرول و پلیوینیل الکل (PVA) نیز برای بهبود انعطافپذیری و عملکرد مکانیکی افزوده میشود. در علم پلیمر، این نرمکنندهها و کوپلیمرهای سنتتیک به فیلمها کمک میکنند تا کمتر ترک بخورند و در حین تولید دستورزی آسانتری داشته باشند.
در کارآزماییهای آزمایشگاهی گزارششده در مجله Polymers، هم رفتار مکانیکی و هم زیستتخریبپذیری دنبال شد. هنگامی که فیلمها در خاک معمولی دفن شدند، کاهش پیوسته در ساختار مشاهده شد و برآورد گردید که تحت شرایط آزمون حدوداً در 13 هفته بهطور کامل از هم میپاشند. علاوه بر آزمونهای مکانیکی مانند تست کشش و اندازهگیری مدول الاستیسیته، آزمایشهای میکروبی نیز انجام شد: سطح کلونیهای باکتریایی در محدودههای قابلقبول باقی ماند که برای فیلمهایی که هدفشان ضدباکتری بودن نیست، نشان میدهد فرمولاسیون موجب تکثیر زیانآور میکروارگانیسمها در حین تجزیه نمیشود.
در گزارشها شرح داده شده که آزمونهای تکمیلی شامل اندازهگیری نرخ نفوذپذیری بخار آب (WVTR)، نفوذپذیری اکسیژن و مقاومت به پارگی نیز اجرا شدهاند تا قابلیتهای سدکننده فیلم در برابر رطوبت و اکسیژن که برای بستهبندی غذا حیاتی است، ارزیابی شود. نتایج اولیه نشان میدهد که افزودن نانوکِی بنتونیت و نشاسته اصلاحشده میتواند عملکرد سدکننده را تا حدی بهبود بخشد، اگرچه هنوز نیاز به بهینهسازی برای دستیابی به مقادیر رقابتی با پلاستیکهای سنتتیک وجود دارد.
همکاری بینالمللی و انتخابهای عملی
این پروژه در دانشگاه فلایندرز در جنوب استرالیا رهبری شد و با همکاری مهندسان شیمی از Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano در کلمبیا انجام گرفت. بهگفته پژوهشگران، ایده از آزمایشها با نانوفیبرهای مبتنی بر شیر و قالبگیری پلیمرهایی که شبیه فیلمهای مرسوم بستهبندیاند، نشئت گرفت. با افزودن مواد طبیعی در دسترس مانند نشاسته و بنتونیت — یک نانوکِی لایهای که شناختهشده برای بهبود خواص سدکنندگی است — تیم مخلوط را طوری تنظیم کرد که هم کمهزینه و هم زیستتخریبپذیر باشد.
پژوهشگران نانومواد، پروفسور یو هنگ تانگ و نیکولای استیون گومز مسا از کلمبیا.
«ما کار را با کیسئاتها آغاز کردیم زیرا در دسترس و توانایی شکلگیری فیلم را دارند،» یکی از اعضای تیم میگوید و اشاره میکند که فرمولاسیون عمداً از اجزای ارزان و سازگار با محیط زیست استفاده میکند. رویکرد تیم تلاش دارد عملکرد — شامل استحکام، انعطاف و مقاومت در برابر نفوذ رطوبت یا اکسیژن — را با قابلیت بازگشت به خاک بدون باقی گذاشتن میکروپلاستیکهای پایدار یا پسماندههای سمی متوازن کند.
پروفسور آلیس یووانا پاتاکیوا-ماتئوس، از دانشکده مهندسی دانشگاه Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano، کلمبیا، در گروه پژوهشی نانوبیومهندسی در حال آزمون پلیمرهای جدید است.
انتخاب مواد خامی که در دسترس و ارزان باشند، از منظر تجاری و محیطزیستی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا یکی از موانع اصلی توسعه بیوپلاستیکها هزینههای مواد اولیه و قابلیت تولید انبوه است. تیم پروژه ضمن بررسی قابلیت سازگاری فرمولاسیون با خطوط تولید موجود، به دنبال راهکارهای کاهش هزینه مانند استفاده از نشاستههای محلی یا ضایعات کشاورزی اصلاحشده بهعنوان پرکننده بودند تا هزینه تولید کاهش یابد و ردپای کربنی کل زنجیره تأمین نیز پایین نگهداشته شود.
چرا این موضوع اهمیت دارد: آلودگی، سلامت و اقتصاد چرخهای
پلاستیکهای مرسوم ممکن است حاوی هزاران افزودنی — مانند رنگها، مقاومکنندههای شعله و نرمکنندهها — باشند که برخی از آنها سمی یا مشکوک به سرطانزایی هستند. سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD) هشدار میدهد که اگر اقدامی صورت نگیرد، تولید جهانی پلاستیک ممکن است بین 2020 تا 2040 حدود 70 درصد افزایش یابد. از سوی دیگر، تحلیلهایی که در Nature منتشر شدهاند تخمین میزنند که در حدود 60 درصد از پلاستیک تولیدشده بهصورت یکبارمصرف مصرف میشود و تنها حدود 10 درصد از آن بازیافت میشود. در این زمینه، مواد زیستپایه و سریعالتجزیه میتوانند بار پسماندهای پایدار و انتشار افزودنیهای شیمیایی خطرناک در محیط را کاهش دهند.
همکاری بین فلایندرز و بوگوتا، بیوپلیمرهای مشتق از شیر را بهعنوان گزینهای ویژه برای بستهبندی مواد غذایی مطرح میکند؛ بخشی که سهم زیادی از پلاستیکهای یکبارمصرف را به خود اختصاص داده است. اگر این فیلمها در مقیاس تجاری تولید شوند، میتوانند به شرکتها و مصرفکنندگان کمک کنند تا شیوههای چرخهایتری را اتخاذ کنند؛ بستهبندیهایی که برای کمپوست شدن یا بازگشت به خاک طراحی شدهاند تا بهجای تجمع در محلهای دفن زباله و محیطزیست، به چرخه طبیعی بازگردند.
از منظر بهداشت عمومی، کاهش استفاده از پلاستیکهای حاوی افزودنیهای خطرناک میتواند احتمال انتشار این ترکیبات در غذا و آب را کم کند. علاوه بر این، اگر بستهبندیها بهصورت کنترلشده در خاک تجزیه شوند، خطر انتقال ذرات ریز پلاستیک به زنجیره غذایی نیز کاهش مییابد. این مزایا میتوانند زمینهساز سیاستگذاریها و مشوقهای دولتی برای تشویق استفاده از بستهبندیهای زیستتخریبپذیر و بیوپلیمرها در صنایع غذایی باشند.
چالشها و گامهای بعدی
با اینکه نتایج اولیه امیدوارکنندهاند، موانع عملی متعددی باقی است. تیم تحقیقاتی توصیه میکند ارزیابیهای بیشتر ضدباکتریایی و ایمنی انجام شود تا سلامت مصرفکننده و طول عمر قفسه (shelf-life) مواد غذایی خدشهدار نشود. مقیاسبندی تولید به تحلیل هزینه، آزمایشهای پایلوت تولید و آزمونهای مقرراتی برای ایمنی تماس با غذا نیاز دارد. عوامل فنی کلیدی شامل بهبود عملکرد سد در برابر رطوبت و اکسیژن، تضمین تجزیهی یکنواخت تحت شرایط خاکی متنوع و تأیید اینکه ماده هنگام تجزیه محصولات شکستی مضر آزاد نمیکند، هستند.
همچنین لازم است بررسیهای جامع چرخه عمر (LCA) برای سنجش اثرات زیستمحیطی کل تولید، استفاده و فرایند حذف این فیلمها انجام شود تا اطمینان حاصل شود که جایگزینی با پلاستیک سنتتیک در واقع ردپای زیستمحیطی را کاهش میدهد. پارامترهایی مانند مصرف انرژی تولید، منابع آب، انتشار گازهای گلخانهای و نشت ترکیبات شیمیایی در طول تولید و تجزیه باید دقیقاً محاسبه شوند.
«یافتن راهکارهای پایدار برای بستهبندی غذا گامی لازم برای مهار افزایش سطوح آلودگی است،» پروفسور یوهنگ تانگ میگوید و همچنین خواستار ارزیابیهای ضدمیکروبی و ایمنی بیشتر در ادامه توسعه میشود. پژوهشگران تأکید میکنند که طراحی صریحاً هدفش استفاده از اجزای ارزان و زیستتخریبپذیر بوده تا پذیرش آن در بخشهای صنعتی آسانتر شود.
علاوه بر مسائل فنی، چالشهای بازار و تنظیمی وجود دارد: تولیدکنندگان و برندها به اطمینان از عملکرد بستهبندی در طول حملونقل و ذخیرهسازی نیاز دارند، مقررات غذا و دارو ممکن است استانداردهای خاصی برای تماس مستقیم با غذا وضع کنند و مصرفکنندگان نیز باید نسبت به شیوههای دفع صحیح (مانند کمپوست صنعتی یا بازگشت به خاک) آگاه شوند تا فیلمها در عمل بهدرستی وارد چرخه بازگردانده شوند.
تحلیل تخصصی
«موادی مانند فیلمهای پروتئینی شیر جالباند زیرا از خوراکهای تجدیدپذیر استفاده میکنند و میتوان آنها را برای طول عمر هدفمند مهندسی کرد،» دکتر النا مارتین، دانشمند مادههای پایدار، میگوید. «موازنهها در خواص سدکننده و سازگاری صنعتی خواهند بود: تولیدکنندگان به تضمینی نیاز دارند که بستهبندی در طول حملونقل و ذخیرهسازی از غذا محافظت کند. اما اگر این موانع رفع شوند، فیلمی که سریعاً در خاک تجزیه میشود میتواند آلودگی ناشی از بستهبندیهای یکبارمصرف غذایی را بهطور چشمگیری کاهش دهد.»
بهطور کلی، بیوپلاستیکهای مبتنی بر شیر گلولهای معجزهآسا نیستند، اما مسیر معناداری در میان گزینههای مختلف ارائه میکنند: ترکیب پلیمرهای زیستتخریبپذیر، پرکنندههای طبیعی و نانومواد برای خلق بستهبندیهایی که عملکرد مطلوبی دارند و در عین حال هنگام دور ریختن بهطور ایمن به محیط بازمیگردند.
برای پیشبرد این فناوری، پیشنهاد میشود گروههای تحقیقاتی، صنعت بستهبندی، نهادهای مقرراتی و کاربران نهایی وارد فرآیندهای همافزایی شوند: تدوین استانداردهای ایمنی تماس با غذا، برنامههای پایلوت صنعتی، مدلهای کسبوکار مبتنی بر بازیافت و کمپوست و استراتژیهای برچسبگذاری روشن برای مصرفکنندگان در مورد نحوه دورریز صحیح. چنین رویکردی میتواند مسیر پذیرش تجاری و تأثیرات محیطی مثبت را تسریع کند.
در بخش فنی، تمرکز پژوهشهای آتی باید بر افزایش مقاومت در برابر رطوبت و اکسیژن بدون از دست دادن قابلیت زیستتخریبپذیری، ارزیابی آزادسازی احتمالی ترکیبات فرعی طی فرایند تجزیه و آزمونهای طولانیمدت پایداری مکانیکی در شرایط واقعی بازاریابی باشد. همچنین بررسی تعامل ترکیبات فیلم با انواع مختلف مواد غذایی (چرب، اسیدی، آبدار) و اثرات آن بر طعم، بو و طول عمر قفسه نیز ضروری است.
اگرچه هزینه مواد اولیه و فرایند تولید اولیه ممکن است بالاتر از پلاستیکهای سنتتیک باشد، اما با افزایش مقیاس، استفاده از منابع محلی و اصلاح فرایندها، انتظار میرود اقتصاد تولید بهبود یابد. در بلندمدت، مالیاتها یا محدودیتهای دولتی بر پلاستیکهای یکبارمصرف و سیاستهای تشویقی برای بستهبندیهای قابلکمپوست میتواند زمینه را برای رقابتپذیری بازار فراهم آورد.
منبع: scitechdaily
نظرات
کوینپیل
اگر واقعاً در 13 هفته تو خاک تجزیه شه، یعنی انقلاب بستهبندی :) اما اول باید ثابت کنن ترکیبات مضر آزاد نمیشه و مجوزها رو بگذرونن
نووا_ایکس
ترکیب جالبه، بنتونیت واقعا میتونه سدکننده رو بهتر کنه. کاش دادههای نفوذپذیری و تست با انواع غذا بیشتر منتشر میشد
پمپزون
خوبه ولی احساس میکنم یه کم اغراق شده، هزینه و مقیاسبندی همیشه قاتل پروژههاست، مخصوصا با PVA و نیاز به مقررات سخت
آرمین
من تو خط بستهبندی کار کردهم، مقاومت و WVTR تعیینکنندهست. اگه فقط تو آزمایشگاه خوب باشه ولی در عمل ضعیف باشه، عملا بیفایدهست
بایونیکس
ایده خوبه، اما گزارش LCA و بررسی رهاسازی محصولات تجزیه کجاست؟ آزمایشهای طولانیمدت و ایمنی تماس با غذا لازمه، جدی
رودایکس
وااای، بستهبندی از پروتئین شیر و نانوساختار که تو خاک تجزیه میشه؟! ایده هیجانانگیزه ولی نگران طعم/بو و دوام تو عمل هستم...
ارسال نظر