Пластиковое загрязнение становится экологической проблемой глобального масштаба. Основная часть отходов из пластика приходится на упаковочный материал. Упаковка всегда становится отходами. Как создать такой упаковочный материал, который бы оказывал минимальный вред биосфере, а еще лучше — встраивался бы в пищевые цепи и тем самым полностью ликвидировался в природе? В настоящее время существуют попытки создания материалов из натуральных компонентов, разработанные научными коллективами по всему миру. Однако исходные ингредиенты таких материалов специфичны для разных регионов планеты. На Дальнем Востоке нашей страны есть уникальные растения, на основе которых возможно создание качественных материалов, способных заменить пластик в качестве упаковки.
Ключевые слова: ламинария японская, пластиковое загрязнение, микропластик, пластисфера, биоупаковка.
В современных реалиях с высокими темпами производства и большим спросом на пластиковую упаковку необходим поиск новых альтернативных упаковочных материалов. На фоне глобального загрязнения окружающей среды пластиком и длительного срока его разложения, оптимальным будет материал, выполненный из натуральных компонентов, легко встраиваемых в пищевые цепи и круговорот веществ в природе [3].
Использование материалов из растительного сырья несет дополнительные риски для окружающей среды. Часть таких предметов производят из сельскохозяйственных культур, которые конкурируют с продовольственными. Также происходит расход биоресурсов. Сначала на посевных площадях нужно вырастить сельскохозяйственную культуру, которая будет конкурировать с другими сельскохозяйственными культурами. Но в итоге тратятся ресурсы на то, чтобы произвести товар, который будут использовать несколько минут. Интенсивность расходования ресурсов не изменится. Это все равно будет одноразовый продукт, который в конечном итоге приведет к образованию отходов.
За последние годы ученым удалось создать несколько прочных и более быстрых по времени разложения материалов. Один из них даже можно есть. Рецептура изготовления подобной упаковки довольно проста и понятна, но требует времени и выдержки. В процессе создания материала происходит несколько термических процедур и требуются определенные реагенты.
Наиболее удачным является методика создания упаковочного материала из красных водорослей Ирландский мох [1]. Для изготовления такой пленки необходимы следующие ингредиенты: ирландский мох, гидроксид калия, тиосульфат натрия, аскорбиновая кислота, пищевая сода, сорбитол, белизна, глицерин, вода.
Методика изготовления.
- На первом этапе изготовления упаковки необходимо обработать мох гидроксидом калия. Для этого в стакан требуется насыпать 120 грамм реагента и залить его двумя литрами воды.
- После размешивания его нужно нагреть до 60°С и поместить туда 100 грамм мха на 2 часа.
- После длительной химической реакции водоросли превращаются в тугой гель каппа-каррагинан.
- Чтобы нейтрализовать щелочь, нужно на сутки поместить вымоченные скелеты растений в обычную воду.
- Теперь следует измельчить размоченные волокна в блендере.
- А чтобы придать заготовке красивый цвет, нужно вымочить ее в 1 %-м растворе хлорного отбеливателя. Для этого необходимо разбавить белизну водой 1:10 и залить хлопья мха на 1 час. После хлорирования водоросли обеззаражены и не имеют неприятного морского запаха. Но даже после промывки водой, чувствуется запах хлорки.
- Чтобы полностью избавиться от запаха хлорки, следует снова залить мох водой и добавить в воду 50 мл 50 %-го раствора тиосульфата натрия и 0,5 грамм аскорбиновой кислоты и подержать его в таком составе 2 часа.
- После промывки нужно вновь залить субстанцию водой на сутки.
- После финальной промывки получается каппа-каррагинан — природный гелеобразователь.
- Его уже можно использовать для создания упаковки.
Авторами в качестве сырья для изготовления альтернативной упаковки была выбрана бурая водоросль ламинария японская [4]. Использование сельскохозяйственные культуры (кукурузу, сою и т. п.) нецелесообразно в связи со стабильной тенденцией нехватки продовольствия в мире. Ламинария японская хоть и представляет пищевую ценность, но является не столь популярной в мире и активно используется в пищу только жителями дальневосточного региона, к тому же именно эта водоросль богата агар-агаром и пектином, что является дополнительным аргументом по ее использованию для изготовления упаковочного разлагаемого материала.
Для создания упаковочного материала из ламинарии японской необходимы следующие ингредиенты: ламинария японская, гидроксид калия, глицерин, вода, крахмал. Многочисленные попытки привели авторов к следующей методике изготовления пленки из ламинарии японской:
1. Получение из ламинарии японской гелеобразной основы. На первом этапе изготовления упаковки обрабатываются водоросли ламинарии японской гидроксидом калия. Для этого в стакан насыпали 120 грамм реагента и залить его двумя литрами воды. После размешивания его нагрели до 60°С и поместили туда 100 грамм ламинарии на 2 часа (рис. 1).
|
|
|
|
Рис. 1. Изготовление геля |
Рис. 2. Основа для пленки |
После длительной химической реакции водоросли превращаются в тугой гель (рис. 2). Чтобы нейтрализовать щелочь, нужно было на сутки поместить вымоченную ламинарию в обычную воду. После измельчили размоченные волокна в блендере. И эту субстанцию которую получили уже можно использовать для создания упаковки.
2. Использование геля из ламинарии для создания пленки. В данном случае для изготовления материала мы смешали 3 грамма полученного геля, 3 грамма крахмала, 1, 5 грамма глицерина и залили смесь 400 мл воды. После тщательного перемешивания подогрели смесь в микроволновке до закипания и вновь хорошо перемешали. Жидкий вариант упаковки готов. Чтобы получить из этого пленку, горячий состав следует равномерно распределить по противню. Толщина первоначально слоя не превышала 2–3 мм.
После высыхания альтернативная упаковка была готова. Однако полученный результат не устроил авторов, так как образец напоминал всем известную рисовую бумагу, а для упаковочного материала необходима большая эластичность. В связи с этим было принято решение об увеличении количества глицерина в рецепте до 3 грамм. Измененная рецептура привела к желаемому результату — упаковочная пленка достаточно прочная, эластичная (рис. 3), хорошо режется ножницами и принимает необходимую форму, легко растворяется в воде после использования, не нанося вред природе. Время растворения пленки в воде при комнатной температуре составляет не более 10 минут (рис. 4).
|
|
|
|
Рис. 3. Пленка из ламинарии японской |
Рис. 4. Растворение пленки в воде |
Итак, авторами было подобрано оптимальное соотношение растительного сырья, крахмала и глицерина и в итоге получили очень простую методику создания пленки из ламинарии японской. Данный продукт обладает привлекательными характеристиками (эластичность, прочность) и полностью растворяется в воде, не оставляя следов загрязнения.
Таким образом, нам удалось достигнуть поставленной цели и доказать возможность создания альтернативных упаковочных материалов с минимальным негативным воздействием на окружающую среду.
Литература:
- Беляев А. А. Биоупаковка и ограничение использования пластика как вариант решения экологической проблемы / А. А. Беляев, Э. Т. Мхитарян, В. А. Семикин, С. А. Харченко // Юный ученый. — 2022. — № 3 (55). — С. 107–118.
- Дементьева Н. в., Бойцова Т. М. Технология и качество фитоконфет из ламинарии японской // Вестник АГТУ. Серия: Рыбное хозяйство. — 2022. — № 2. — С. 89–97.
- Пластиковый атлас: цифры и факты о мире синтетических полимеров: Москва, 2020. — 52 с.
- Подкорытова А. В., Рощина А. Н., Евсеева Н. В., Усов А. И., Головин Г.Ю, Попов А. М. Бурые водоросли порядков LAMINARIALES и FUCALES Сахалино-Курильского региона: запасы, добыча, использование // Труды ВНИРО. — 2020. — ТОМ 181. — С. 235–257.
