Gıda Ambalajlarında Kullanılmak Üzere Biyobozunur Film Üretmek için Bakteriyel Selüloz Atıkları Yeniden Kullanıldı
Brezilya’ da, Ilha Solteria’ daki São Paulo State Üniversitesi’ ndeki (UNESP) araştırmacılar, gıda ambalajlarında plastiğin yerini alabilecek bir film geliştirdiler. Bu film, hidroksipropil metilselülozdan (HPMC) ve endüstriyel işlemlerden kalan bakteriyel selüloz artıklarından yapılmıştır. Her iki hammadde de sürdürülebilirdir. Bunlar HPMC ve bakteriyel selüloz nanokristallerden biyobozunur (bakterilerle ayrışabilen) film üretmek için birleştirilmişlerdir.
Bu ürün, tek başına HPMC’den yapılmış filmlerden daha iyi performans gösterir. FAPESP tarafından desteklenen araştırma projesi hakkında bir makale Applied Material & Interfaces dergisinde yayınlandı.
“HPMC matrisini, özelliklerini geliştirmek amacıyla, bakteriyel selüloz nanokristallerle doldurmak üzere çalışmalara başladık. Ayrıca yeni kompozitler geliştirmek için malzemenin kendisinden kaynağına kadar daha çevreci protokoller oluşturmak istedik. Bu nedenle endüstriyel atıkların yeniden kullanımını projeye dahil ettik” dedi makalenin yazarlarından Márcia Regina de Moura Aouada.
Aouada’ nın, FAPESP tarafından desteklenen Araştırma İnovasyon ve Yaygınlaştırma Merkezleri’ nden (RIDCs) biri olan Fonksiyonel Malzemelerin Geliştirme Merkezi’ nde (CDMF) ders verdiği UNESP’den kimya alanında doktorası vardır.
Aouada, doktorasından bu yana atık plastik gıda ambalajı formunda katı atık oluşumunu azaltmak amacıyla yenilenebilir, yenilebilir ve biyobozunur filmler üzerinde çalışıyor.
Aouada’nın gözetiminde yaptığı doktora araştırması sırasında UNESP’de malzeme birimleri alanında yüksek lisans öğrencisi ve proje ile ilgili makalenin ilk yazarı olan Pamela Melo “HPMC ve biyopolimerlerden yapılan filmlerin sınırlamalarından biri, petrolden elde edilen geleneksel filmlere kıyasla düşük mekanik kuvvete sahip olmasıdır. Ayrıca mevcut uygulamaları sınırlayan su buharına karşı da oldukça geçirgendirler. Bakteriyel selüloz ekleyerek bu özellikleri geliştirdik” dedi.
Kek Tarifi
Araştırmacılar, Paraná’ da biyofilm yara örtüleri üreten Seven Indústria de Produtos Biotecnológicos’ tan bakteriyel selüloz atıkları aldılar. Bu atıkları gıda ambalajına uygun filme dönüştürmek için öncelikle öğüterek toz haline getirdiler.
“Daha sonra bu tozu, literatürde iyi tanımlanmış bir proses olan sülfürik asit hidrolizine maruz bıraktık” dedi Melo.
Film oluşturan bir dispersiyon (dağılım) üretmek üzere suda seyreltilmiş HPMC ile karıştırdıkları bir bakteriyel selüloz nanokristal süspansiyonu oluşturdular. Bu süspansiyon biyoplastik endüstrisi için ilgi çekici bir hedefti.
“Bu, iyi kompozitler oluşturmak için yeterli değildir. Viskozite ve nanopartikül konsantrasyonu gibi çeşitli faktörlerle iyi film özellikleri elde etmek için en iyi çözümü bulmamız gerekiyor. Kek tarifi iyi bir benzetme olabilir: Tarifi incelemek, çalışmamızdaki önemli bir yeniliktir” dedi Aouada.
“Film kalitesini, nanokristallerin HPMC matrisi ile nasıl etkileşime girdiği ve içinde nasıl dağıtıldığı belirleyecektir. Bu nedenle testler yaptık ve TURRAX dağıtıcı kullanarak yüksek enerjili dispersiyon yoluyla ideal dağılıma ulaştık” dedi Melo.
Film oluşturan dispersiyon, bir substrat üzerine yerleştirildi. Çözücüler 24-48 saat sonra buharlaştılar. Sonuç, sadece HPMC’den oluşan filmden daha az geçirgen ve daha sağlam bir üründü. Malzeme tarafından absorblanan su miktarı malzemenin ambalajlamada kullanımını hala kısıtlamaktadır.
Bir başka olumlu bulgu da nanokristallerin HPMC’nin şeffaflığını değiştirmemesidir.
Bakteriyel Selülozun Avantajları
Selüloz, doğada en bol bulunan polimerdir ve bitkiler için sertlik sağlayan bitkisel liflerin ana bileşenidir. Bitki selülozu iyi bilinmekte ve kağıt üretiminde kullanılmaktadır. Ancak bir süredir biyofilm yara örtülerinde kullanılan ve son zamanlarda gıda paketleme gibi başka alanlarda da kullanılan selülozu bazı bakteriler, algler, deniz omurgasızları da salgılarlar.
Doğal çevrenin korunması pek çok fayda sağlar. “Bakteriyel selüloz hava ve çevre koşullarından bağımsız olarak tüm yıl boyunca laboratuvarda üretilebilir. Daha saf bir moleküldür ve üretim süreci daha az kirlilik oluşturur” dedi Aouada. Bitki selülozunun işlenmesi, çevreye zararlı olan organoklor bileşikleri kullanılarak lignin gibi safsızlıkların giderilmesini gerektirir.
Bakteriyel selülozun bir diğer avantajı da yapısında nanometrik liflerin bulunmasıdır. “Bu çok ilginç; çünkü bu lifler malzemeye yüksek gerilme kuvveti gibi farklı özellikler kazandırıyor. Yani bu da belirli yüklere ve gerilmelere kırılmadan dayanabileceği anlamına geliyor” dedi Aouada.
Sonraki Adımlar
Araştırmacılar, rekabetçi bir ürün geliştirdikleri sonucuna varana kadar film oluşturan dispersiyonları test etmeye devam etmeyi planlıyor. Diğer polimer dispersiyon tekniklerini inceleyerek bunları HPMC kullanımıyla karşılaştırıyorlar ve biyolojik olarak parçalanabilirliklerini değerlendiriyorlar.
Daha iyi film oluşturan dispersiyonlar geliştirmeyi başarırlarsa, bakteriyel selülozu daha büyük ölçekte kullanmak mümkün olabilir. ”Ana odak noktamız, petrol ürünleri gibi ekolojik olarak doğru kabul edilmeyen malzemelerin yerine kullanılabilecek alternatifler bulmaktır. Bu tür alternatifler, yenilenebilir kaynaklardan türetilen biyolojik olarak parçalanabilir kompozitleri içerir.” Dedi Aouada.
Selüloz atıklarının ve diğer türdeki atıkların kullanılması da işleme maliyetinin azaltılmasına yardımcı olur. Tüketiciler genellikle ambalajda ucuz olduğu için plastik filmi tercih ederler. Dahası şeker kamışı ve soya pekmezi endüstrileri gibi gelecek vaat eden başka bakteriyel selüloz kaynakları da vardır. Aouada “Çalışmalar bakteriyel selülozun substrat olarak şeker kamışı veya soya pekmezi kullanılarak elde edilebileceğini göstermiştir.” dedi.
Kaynak: azom.com
